综合智慧能源

钟崴, 郑立军, 俞自涛, 林小杰

2020, 42(11): 1-5.

摘要 ( 483 )

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随着我国经济社会的发展和能源生产消费革命的推进，城镇集中供热系统的热源结构、热网规模和末端用
热方式发生巨大变化，清洁热源的引入与可再生热源的消纳成为一大趋势，这对传统供热系统运行调控方法提出
了系统挑战。如何有效应用各项先进信息技术实现智慧供热是供热行业发展的热点话题。从智慧能源的发展趋
势出发，依托系统工程理念提出了基于“数字孪生”的智慧供热技术路线。相比传统集中供热系统调度路线，智慧
供热技术的核心框架由物理设备层、感知调控层、数据传输层和智慧决策层构成。物理设备层涉及“源-网-荷-储”
的建设，为智慧供热提供物理基础；感知调控层实现系统全面感知，向智慧决策层提供基础数据，并执行智慧决策层产生的调控策略；数据传输层负责物理设备实时数据上传于智慧决策的下达；智慧决策层基于供热系统“数字孪生”模型，实现故障监测与预警、数据预测、优化调度和能效分析等功能。针对采用这一技术路线的智慧供热案例分析表明，这一框架下的智慧供热技术可有效实现供热系统节能降耗。

工业园区蒸汽热网智慧调度技术研究及应用

叶青 , 孙海龙 , 孔凡淇 , 王叶飞 , 赵琼 , 钟崴 , 李丰均 , 居国腾

2020, 42(11): 6-13.

摘要 ( 203 )

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随着“退城入园”政策的持续推进和工业园区蒸汽热网的快速发展，园区热网调度的复杂性已超出人工经验可快速反应和判断的能力范围。针对这一问题，首先以工业园区蒸汽热网智慧供热系统为基础，提出了一种运行优化调度技术架构；其次，建立了与实际热网相映射的数字孪生拓扑网络模型，提出了一种蒸汽热网仿真计算方法，作为优化调度的预测和分析基础；最后，以浙江某印染园区的大型蒸汽热网作为研究对象，对比了在部分热源停机的情况下，分别依靠经验调度和智慧调度的热网运行结果。结果表明，智慧供热技术精准实现了园区蒸汽热网优化调度，其方案的预期温度与实际调度后热网温度的最高偏差为 2.27%，而压力的最高偏差为 8.57%。同时，经验调度方法导致整网用户蒸汽压力平均下降 0.14 MPa，而经过优化调度后，整网用户蒸汽压力平均下降 0.07 MPa，有效降低了调度方案对用户用汽质量的不良影响，表明智慧供热技术在工业园区有优秀的发展潜力和应用价值。

智慧供热在分布式燃气供热中的应用与优化提升

张尹路 , 李文甲 , 康利改

2020, 42(11): 14-20.

摘要 ( 193 )

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我国大部分供热企业的供热运行模式已完成了由人工运行向自动化运行的转变，但由于缺乏对供热信息化和智慧供热节能潜力定量化的全面了解，供热运行仍有待完善。为降低运营成本，减少能源浪费，基于天然气清洁能源供热，以智慧运营平台为核心，以机电及控制系统为基础，搭建了一套分布式供热智慧运行系统。通过打通供热系统全数据链条，运用大数据分析及人工智能算法技术，对石家庄市卓达书香园供热工程进行智慧供热改造。从热源侧负荷响应及管网侧热力平衡优化入手，总体室内平均温度在 20.2 ℃，能耗较前一年降低 28% ，节能效果显著，可为已建和新建供热系统的改造及运行提供技术支撑。

基于人工智能与热力系统融合的综合节能

胡雪, 杨俊红, 刘德朝, 史鑫钰, 崔棉善

2020, 42(11): 21-33.

摘要 ( 233 )

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针对集中供热系统普遍存在的水力不平衡和过度供热造成能源浪费的现象，提出了一种集成管网分级与智能控制的源网协同综合节能技术并介绍其示范应用。其主要特征为：基于人工智能与热力系统的融合，技术层面考虑水电气（热源）热协同及软硬件协同，实践层面考虑分层、分级、分阶段实施及各种可控要素解耦，在系统中基于长短时记忆（LSTM）深度神经网络预测热负荷，联合系统仿真模型建立和实际系统等价的孪生模型，以最佳室内温度为供暖目标函数，训练得到系统的最优供热方案。该技术于 2019—2020 供暖季在天津某高校一能源站实现了应用，对该能源站所属 28 个热力入口实现了一体化的智能管控，节能效果显著。相比上个供暖季，燃气用量减少 25.66%，电用量减少 22.87%；考虑供暖时长、气象及未管控入口等因素的影响，燃气节约率可达 31.07%。该示范应用效果精确验证了初期综合节能 20%~30% 的理论分析结果，为实现基于仿真模型和理论计算的、尽可能时间尺度和空间尺度小地实施分时分区分温精细管控节能 60%~70% 的目标奠定了基础。

供热自动化、信息化及智慧化的差异探讨

方修睦, 杨大易, 周志刚, 刘京

2020, 42(11): 34-38.

摘要 ( 128 )

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我国供热企业大多经历了由人工操作到自动化运行的过程，但对供热信息化和智慧化的差别以及智慧供热的节能潜力缺少全面了解。系统论述了供热自动化、供热信息化及智慧供热，从负荷预测、运行调节和水力平衡等方面分析了供热信息化和智慧供热的区别，指出智慧供热可使系统能效逼近最大值，系统运行效率在信息化基础上提高了 1~2 百分点，锅炉运行效率在信息化基础上提高了 10~12 百分点；燃用Ⅱ类烟煤的层燃炉供热系统的综合效率可在信息化基础上提升 10.00~12.68 百分点。

基于喷射式换热的水热型地热集中供热系统效益分析

孙方田, 郝宝如, 陈旭, 张世钢

2020, 42(11): 39-43.

摘要 ( 158 )

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为解决常规水热型地热供热模式的经济供热半径短、供热规模较小、水热型地热资源开发利用率低等问题，分析水热型地热和增效型喷射式换热机组的特点，提出了基于喷射式换热的水热型地热集中供热新模式。从热力学和经济学等角度对新型集中供热系统和常规供热系统进行比对，结果表明，前者的一次回水温度较低，可大幅增加一次热网供/回水温差，有利于高效利用水热型地热能和深度回收低温烟气余热。相较于常规燃气锅炉集中供热系统，新型集中供热系统可提高约 86.0 百分点的化石能源利用效率和约 9.7 百分点的系统产品㶲效率，降低约 70.0% 的天然气消耗量，节约供热成本约 32.47 元/GJ。新型集中供热系统地热经济输送距离可以达到 55.2 km，可解决水热型地热田与供热负荷中心空间分布的不匹配。

太阳能跨季节储热供热系统性能研究

左春帅, 樊海鹰, 王恩宇

2020, 42(11): 44-50.

摘要 ( 157 )

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为促进太阳能跨季节储热供热（SSSH）系统在严寒地区的推广应用，以张家口市某严寒地区办公楼为研究对象，结合试验和 TRNSYS 动态仿真软件对集热（储热）启/停控制条件、供热性能和地温变化等进行了研究。试验结果表明，集热启/停温差增大，集热效率降低；储热启动温度升高，集热效率和储热效率均下降。模拟预测结果表明，随着集热（储热）启动温度、停止温度或启停温差的增大，集热（储热）效率均会降低，而集热（储热）循环能效比会增大。储热启动温度平均每升高 1 ℃，集热效率和储热效率平均下降 0.7% 和 0.3%；集热启/停温差每增大 1 ℃，集热效率平均下降 1.7%，而集热循环能效比增加 2.0%。供热季热泵机组性能系数和系统性能系数分别为 3.4 和 3.1；地温初始值为 6.12 ℃，经过储热—供热完整循环，最终值为 6.91 ℃，满足系统长期稳定运行要求。

高寒高海拔地区太阳能集中供暖技术及其应用

赵斌 , 卢大为 , 刘维安 , 王鹏 , 高峰

2020, 42(11): 51-55.

摘要 ( 254 )

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西藏地处高寒高海拔地区，太阳能资源丰富、气候干燥寒冷、生态环境脆弱、冬季时间长、昼夜温差大，迫切需要解决冬季供暖问题。根据当地资源特征、气候条件、公共和民用建筑的供暖需求，通过产品和技术创新，研发出适用于高寒高海拔地区的大型太阳能集中储热供暖系统。该供暖技术已在海拔 4 500 m 的山南浪卡子县城和海拔 4 700 m 的日喀则仲巴县城进行了大型太阳能集中供暖示范工程验证。供暖季的实践表明：示范工程运行安全稳定、技术先进可靠、年运行维护费用低，较好地满足了西藏对清洁能源供暖的需求。研究结果可为西藏和青海等高寒高海拔地区利用清洁能源供暖提供技术支撑和解决方案。

利用电厂余热的大温差长输供热模式

付林, 李永红

2020, 42(11): 56-61.

摘要 ( 275 )

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针对电厂余热利用存在的余热输送距离远、余热品位低、回收成本高等难点，提出了以低回水温度为特征的大温差长输供热模式，大幅提高热网输送能力，显著降低回收余热成本，使大规模利用电厂余热的清洁供热方式经济可行。考虑我国北方地区城镇未来供热面积达 200 亿㎡的发展规模，提出了以利用电厂余热的长输供热模式为基础的清洁供热规划方案，与以煤改气和煤改电为主的参考方案相比，规划方案可节能 50%，减少大气污染排放 80%，减少碳排放 2 亿 t，降低综合供热成本 25%。由于长输供热投资大且涉及多方，建议国家进一步明确电厂余热是我国北方城镇清洁供暖主力热源的地位，并出台相应政策和措施，鼓励这一清洁高效供热模式的发展。

供热系统全网水力工况的时空分析

郑忠海, 张雯, 康辉, 赵思远, 田包云, 薛艺辉

2020, 42(11): 62-68.

摘要 ( 153 )

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随着供热系统的规模化、复杂化和智能化发展，热网在时间动态的多工况水力分析和全网空间信息的数据分析，对热力企业发展的科学决策和生产运行调度的指导具有重要意义。以热力公司全网水力工况分析校核为基础，提出因地制宜的时空分析方法。通过热力公司在切网运行、多热源联网和分布式变频输配等多工况运行方案分析，指出现有管网拓扑结构本身和运行方案的优化方法，以提升全网水力工况运行的安全性和经济性。

核能集中供热系统优越性分析

李小斌, 张红娜, 曲凯阳, 李凤臣

2020, 42(11): 69-82.

摘要 ( 252 )

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大力推广绿色低碳能源是我国的能源发展战略，作为高效且清洁的新能源，核能在我国集中供热方面的应用有巨大潜力，可大大缓解目前由于集中供热系统燃煤造成的环境污染问题。论述了我国发展核能集中供热系统的必要性，表明我国发展核能集中供热系统的时机已成熟。从我国几种典型核供热反应堆型的固有安全性，核能集中供热系统的经济性和社会价值，结合管路流动湍流减阻技术、基于深度学习的系统优化、与多热源联合供热、与相变储热相结合、与大数据结合的智能供热等技术提升核能集中供热系统运行性能等方面出发，全面阐述了核能集中供热系统的优越性，为核能集中供热技术的推广提供支持。

燃气清洁供热能耗减少技术路径探讨

高峻, 王逊

2020, 42(11): 83-90.

摘要 ( 130 )

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提升燃气大规模清洁供热时燃气供热的能效，不仅体现了节能减排，而且节约了运行成本，具有较好的社会与经济效益。以北京某锅炉房为例，以当地天然气价为标准，分析了燃气溴化锂/氨水吸收式热泵吸收式和水蒸气泵（PAVE）系统的运行效果和适用性。结果显示，燃气溴化锂吸收式热泵装机按锅炉负荷的 60% 设计时的经济性较好，但对于总容量≤28 MW 的燃气锅炉房不推荐燃气溴化锂吸收式热泵。为提高项目经济性，中小型燃气锅炉房推荐使用燃气锅炉+小型燃气氨水吸收式热泵/PAVE 系统联合运营的方式。在实际工程中，需要根据燃气锅炉房的规模选用不同的技术路线，同时要结合当地气候条件及燃气价格确定热泵的合理装机，保证项目经济性。方案还指出了小型燃气氨水吸收式热泵/PAVE 系统的优化路径。

相变储能技术在清洁供暖中的应用研究

王长君, 刘硕, 丁薛峰

2020, 42(11): 91-96.

摘要 ( 258 )

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相变储能技术作为一种热能储存技术，主要用于调节能量供求在时间和空间上的不平衡，以此来调节高峰能量负荷，缓解供能压力，降低能源消耗成本。在清洁供暖领域，相变储能技术有多种应用形式，如相变储能供暖等。某写字楼供暖项目，通过应用相变储能技术有效节省了楼宇空间，降低运行费用约 70%，可至少降低峰电负荷 1 309.2 kW，在极端天气也能满足用户采暖需求。相变储能与空气源热泵结合，能有效提升空气源热泵平均制热性能系数（COP），扩展空气源热泵使用范围；相变储能与建筑结合，能有效利用太阳能，降低建筑热损，节约能源。相变储能在清洁供暖行业，有十分广泛的应用前景。

煤改醇基燃料锅炉设计工艺及应用案例分析

张松 , 刘静 , 霍达 , 朱强 , 马晨铭 , 赵军

2020, 42(11): 97-105.

摘要 ( 199 )

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醇基燃料具有燃烧效率高、污染排放低、储存运输方便等优势，其代替煤炭作为锅炉用燃料可充分降低供暖季产生的排放。使用介质压力雾化醇基燃料专用燃烧器对燃煤锅炉进行技术改造，分析了改造原理、运行模式和安全措施，并对市场上具有竞争性的 6 种清洁能源进行综合对比，结果表明：甲醇取暖炉和空气源热泵的费用年值相当且在清洁热源中处于较低水平，甲醇取暖炉无 SO2 排放，NOx 排放量在清洁热源中最少。以开滦股份范各庄矿业分公司燃煤锅炉改造项目为例，对改造前后的排放量、能耗和经济性进行了分析：改造后锅炉能效提升了 35 百分点，在供热面积同为 41.3 万 m2 的情况下，改造后每年可减少烟尘，SO2 和 NOx 的排放量分别为 5，35，21 t；供暖季能耗降低 5 499 t 标准煤，年节省脱硫、除尘成本 180 万元，供暖成本相对燃煤略有增加，但当甲醇燃料价格低于 1 900 元/t 时甲醇经济优势明显。研究结果可为醇基燃料燃烧器设计以及中小型燃煤锅炉改造提供技术依据。

农村地区生物质成型燃料清洁供暖技术研究进展

刘联胜, 王冬计, 段润泽,

2020, 42(11): 106-116.

摘要 ( 139 )

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北方农村地区生物质清洁供暖，可有效解决农林废弃物直接焚烧所引起的环境污染问题，促进绿色宜居村镇建设。目前，我国生物质成型燃料年产量 18 Mt 左右，成型燃料产业发展相对缓慢。生物质成型燃料具有良好的着火和燃烧特性，燃烧反应热释放主要集中在挥发分燃烧阶段；但其燃烧周期相对较短、灰分易熔融。我国目前推广使用的木质颗粒燃料炉具相关技术源于欧盟国家，其粉尘和 CO 排放量相对较低，但 NOx排放量高于行业标准规定的限值；国内生物质压块炉具在技术上仍不过关，匹配自动送料装置将有助于提高燃烧稳定性、降低燃烧污染物排放量。生物质成型燃料燃烧所产生的 NOx以燃料型 NOx为主，常规的空气分级、烟气再循环等低氮燃烧技术并不适用于小型炉具。基于区域生物质资源禀赋和供暖需求，构建区域能源服务站，以代加工等形式为农户提供成型燃料供应服务，将有助于实现农村地区低成本清洁供暖。

2020年 第42卷 第11期 刊出日期：2020-11-25

2020年第42卷第11期刊出日期：2020-11-25