集中供熱系統(tǒng)熱力站規(guī)模及優(yōu)化_secret

1、.集中供熱系統(tǒng)熱力站規(guī)模的優(yōu)化摘要：本文針對(duì)帶有熱力站的間接連接的供熱系統(tǒng)，建立理想化的熱網(wǎng)模型。針對(duì)一定供熱規(guī)模的熱力管網(wǎng)，建立多種一級(jí)網(wǎng)和二級(jí)網(wǎng)不同敷設(shè)的熱網(wǎng)對(duì)比方案，以費(fèi)用年值法對(duì)100萬m2供熱面積為例進(jìn)行經(jīng)濟(jì)優(yōu)化，并通過相同規(guī)模的實(shí)際熱網(wǎng)工程實(shí)例經(jīng)技術(shù)分析比較后對(duì)理想模型進(jìn)行了修正。在此基礎(chǔ)上提出了管網(wǎng)形狀修正系數(shù)的概念。在容積率從0.5到1.6的范圍內(nèi)對(duì)熱力站供熱規(guī)模進(jìn)行了優(yōu)化，得出不同供熱規(guī)模情況下最優(yōu)的熱力站供熱規(guī)模。關(guān)鍵詞：熱力站 費(fèi)用年值 管網(wǎng)形狀修正系數(shù) 容積率1問題的提出近年來，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，我國(guó)集中供熱工程的規(guī)模不斷擴(kuò)大，目前的集中供熱工程中

2、，通過熱力站間接連接的供熱系統(tǒng)占有相當(dāng)大的比例。熱力站供熱規(guī)模的確定是集中供熱工程設(shè)計(jì)中一個(gè)非常常見的也是非常重要的問題。一般說來，對(duì)于一個(gè)一定規(guī)模的供熱系統(tǒng)，當(dāng)單個(gè)熱力站的供熱規(guī)模較大時(shí)，換熱站的數(shù)量減少，一級(jí)網(wǎng)的規(guī)模減小，相應(yīng)的減少了換熱站和一級(jí)網(wǎng)的初投資，同時(shí)由于二級(jí)網(wǎng)的規(guī)模擴(kuò)大，增大了二級(jí)網(wǎng)的初投資，而且由于二級(jí)網(wǎng)的供回水溫差小，相應(yīng)的運(yùn)行費(fèi)用增加。相反，如果熱力站的供熱規(guī)模偏小，就會(huì)出現(xiàn)換熱站和一級(jí)網(wǎng)的初投資增加、二級(jí)網(wǎng)的投資減少運(yùn)行費(fèi)用減少的情況。由于熱力站的規(guī)模大小直接影響到工程的總投資和運(yùn)行費(fèi)用，因此如何選擇熱力站供熱規(guī)模使其在經(jīng)濟(jì)上最合理，已經(jīng)成了目前的一個(gè)熱點(diǎn)問題。由于熱網(wǎng)

3、的形式千差萬別，有些文獻(xiàn)是以純理論模型為依據(jù)進(jìn)行優(yōu)化，還有的則是從實(shí)際的工程出發(fā)，上述的研究結(jié)果顯然都有一定的局限，本文是課題組在理論模型基礎(chǔ)上結(jié)合實(shí)際多項(xiàng)工程統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正后得出的結(jié)果，顯然更具有實(shí)際意義。2目標(biāo)函數(shù)的建立和管網(wǎng)模型的確定21目標(biāo)函數(shù)的建立本文中熱力站最佳供熱規(guī)模的優(yōu)化主要是經(jīng)濟(jì)上費(fèi)用最低，采用年計(jì)算費(fèi)用法作為經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)的目標(biāo)函數(shù)。其公式形式為： (1)式中按動(dòng)態(tài)法計(jì)算的年計(jì)算費(fèi)用(萬元/年);K開始正常投產(chǎn)時(shí)的總投資額(萬元);C年運(yùn)行費(fèi)(萬元/年);利率或采用部門的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)部收益率，本文取8%;m生產(chǎn)期(按能源部有關(guān)規(guī)定選取)?？偼顿Y費(fèi)用K包括熱源、熱網(wǎng)（含檢查井）和熱力站

4、三部分，熱源部分投資計(jì)算時(shí)采用建設(shè)部頒發(fā)的城市供熱熱源投資估算指標(biāo)（HGZ47-104-99）進(jìn)行估算；熱網(wǎng)投資采用建設(shè)部頒發(fā)的全國(guó)市政工程投資估算指標(biāo)（HGZ47-102-96）進(jìn)行估算。使用時(shí)要按照規(guī)定調(diào)整到不同地區(qū)的現(xiàn)行材料價(jià)格標(biāo)準(zhǔn)。年運(yùn)行費(fèi)用C包括燃料費(fèi)、水費(fèi)、電費(fèi)、折舊費(fèi)、大修理費(fèi)、工資及福利費(fèi)、材料費(fèi)和其他費(fèi)等八項(xiàng)。2.1.1燃料費(fèi)燃料費(fèi)是總成本中最主要的部分。燃料費(fèi)燃料消耗量燃料價(jià)格2.1.2水費(fèi)在熱水的生產(chǎn)和輸送過程中用于購(gòu)買所消耗水的費(fèi)用。單純的供暖系統(tǒng)水的消耗主要是指系統(tǒng)的補(bǔ)水。水費(fèi)水消耗量水價(jià)閉式熱力網(wǎng)補(bǔ)水裝置的流量，不應(yīng)小于供熱系統(tǒng)循環(huán)流量的2%，事故補(bǔ)水量不應(yīng)小于供熱

5、系統(tǒng)循環(huán)流量的4%。2.1.3電費(fèi)在熱水的生產(chǎn)、輸送過程中，各種用電設(shè)備要消耗電能，電費(fèi)成本的計(jì)算中用電設(shè)備主要考慮熱源輔機(jī)耗電和熱網(wǎng)熱力站內(nèi)的設(shè)備（主要是水泵）的耗電。電費(fèi)實(shí)際耗電量電價(jià)間接連接的一級(jí)網(wǎng)循環(huán)水泵的揚(yáng)程應(yīng)不小于熱源、一級(jí)網(wǎng)、換熱器的阻力損失和；二級(jí)網(wǎng)循環(huán)水泵揚(yáng)程應(yīng)不小于換熱器、站內(nèi)設(shè)備、主干線和最不利用戶內(nèi)部系統(tǒng)阻力損失之和。補(bǔ)水泵的揚(yáng)程按可從水壓圖上得出，一級(jí)網(wǎng)、二級(jí)網(wǎng)補(bǔ)水泵流量按循環(huán)水量的2%計(jì)取。2.1.4材料費(fèi)材料費(fèi)是指在熱水的生產(chǎn)、輸送過程中，維護(hù)管理所耗用的材料，備件低值易耗品的費(fèi)用（燃料、水、電和大修理除外）。一般可參考供熱企業(yè)的統(tǒng)計(jì)值，按總供熱量估算。材料費(fèi)總供

6、熱量單位供熱量費(fèi)用指標(biāo)2.1.5折舊費(fèi)是指固定資產(chǎn)在使用過程中因磨損而逐年轉(zhuǎn)移到產(chǎn)品成本、商品流通費(fèi)用中的那部分資金。通過折舊方式計(jì)入成本的那部分固定資產(chǎn)價(jià)值稱為折舊費(fèi)?；菊叟f費(fèi)固定資產(chǎn)原值基本折舊率供熱工程項(xiàng)目基本折舊率采用4.8%。2.1.6大修理費(fèi)大修理費(fèi) 固定資產(chǎn)原值大修理費(fèi)率。大修理費(fèi)率目前按2.5%計(jì)算。2.1.7工資及福利費(fèi)生產(chǎn)和管理人員每人每年工資按一定指標(biāo)估算，福利費(fèi)包括職工醫(yī)療費(fèi)、福利基金、獎(jiǎng)勵(lì)基金等，按工資總額的14%估算。供熱企業(yè)人員數(shù)可由可研編制中的定員確定，也可按單位供熱量指標(biāo)估算。2.1.8其它費(fèi)用其他費(fèi)用指上述7項(xiàng)中沒有包括的成本費(fèi)用，如辦公費(fèi)、差旅費(fèi)、科研教

7、育經(jīng)費(fèi)及生產(chǎn)流動(dòng)資金貸款利息等。其他費(fèi)用可參考同類企業(yè)的指標(biāo)按單位供熱量指標(biāo)估算，也可按單位定員費(fèi)用指標(biāo)和職工人數(shù)估算。2.2管網(wǎng)模型的確定2.2.1理想模型本文的計(jì)算中將以100萬m2的小區(qū)為例進(jìn)行優(yōu)化分析。由于熱力站的供熱規(guī)模在數(shù)學(xué)模型及物理模型中不可能是連續(xù)變化的，因此根據(jù)其供熱面積特點(diǎn)，分別取25、20、16、12、10、8、6、5、4個(gè)熱力站將其均分，建立理想化熱網(wǎng)模型，通過對(duì)熱網(wǎng)模型的統(tǒng)計(jì)計(jì)算得出熱網(wǎng)的初投資、運(yùn)行費(fèi)用的計(jì)算結(jié)果，即得4、5、6.25、8.3、10、12.5、16.7、20、25萬m2熱力站供熱規(guī)模情況下變化年費(fèi)用的變化曲線。從中得到最優(yōu)的熱力站供熱規(guī)模。小區(qū)為10

8、0萬m2供熱面積，容積率為1.0。假定該工程為哈爾濱市未建成區(qū)，采用機(jī)械挖土，管道為預(yù)制保溫管，直埋敷設(shè)。管道采用波紋管補(bǔ)償器，該工程當(dāng)年竣工。綜合面積熱指標(biāo)選取65W/m2。一級(jí)管網(wǎng)的設(shè)計(jì)供回水溫度為130/80，二級(jí)管網(wǎng)的設(shè)計(jì)供回水溫度為95/70。在進(jìn)行水力計(jì)算時(shí)，熱源內(nèi)部阻力采用15mH2O，最不利熱力站的資用壓力為15mH2O，熱用戶的資用壓力為15mH2O，局部阻力當(dāng)量長(zhǎng)度百分?jǐn)?shù)取30%。外網(wǎng)熱力站的布置方案及其供熱規(guī)模方案如圖1所示： (a) 熱力站規(guī)模4萬m2 (b) 熱力站規(guī)模5萬m2 (c) 熱力站規(guī)模6.25萬m2 (d) 熱力站規(guī)模8.3萬m2 (e) 熱力站規(guī)模10萬

9、m2 (f) 熱力站規(guī)模12.5萬m2 (g) 熱力站規(guī)模16.7萬m2 (h) 熱力站規(guī)模20萬m2 (i) 熱力站規(guī)模25萬m2圖1 100萬m2供熱規(guī)模熱力站布置圖2.2.2實(shí)際模型本文選取某供熱地區(qū)的實(shí)際工程，熱網(wǎng)平面圖見圖2。該工程的占地面積為99.2萬m2，建筑面積為102.02萬m2。該地區(qū)多數(shù)為民用住宅，有部分學(xué)校、醫(yī)院、超市、商場(chǎng)等公共建筑，無重工業(yè)生產(chǎn)單位，中心地帶有一占地2.5萬m2的公園；多數(shù)建筑為57層的多層建筑，在部分地區(qū)有1218層的高層建筑。熱源位置定于整個(gè)地區(qū)西側(cè)中央。該工程從外形上看與本文所選取的理想模型比較接近，道路比較規(guī)整。本文依照城市熱力網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范并遵

10、循理想模型的設(shè)計(jì)原則對(duì)該工程進(jìn)行相應(yīng)熱網(wǎng)設(shè)計(jì)，如圖2所示。該設(shè)計(jì)依照原有地形及建筑物位置將該工程設(shè)立25個(gè)熱力站，并進(jìn)行了一級(jí)網(wǎng)和二級(jí)網(wǎng)的布線。圖 2 實(shí)際工程熱網(wǎng)平面圖3計(jì)算結(jié)果分析理想模型和實(shí)際模型的計(jì)算結(jié)果限于篇幅，本文從略。通過實(shí)際模型與理想模型計(jì)算結(jié)果對(duì)比可以得如下修正：對(duì)于100萬m2的理想模型本文取一級(jí)網(wǎng)管網(wǎng)形狀修正系數(shù)為1.2；二級(jí)網(wǎng)管網(wǎng)形狀修正系數(shù)為2.0。修正后的計(jì)算結(jié)果見表1。表1各不同方案費(fèi)用對(duì)比 （萬元） 工程或費(fèi)用名稱方案1方案2方案3方案4方案5方案6方案7方案8方案9工程總投資859785218411829981388149821782508350年運(yùn)行費(fèi)210

11、921052100208420792082208620892096費(fèi)用年值2841.12830.62816.12791.12776.02776.22785.92792.12807.34容積率對(duì)于計(jì)算結(jié)果的影響容積率是反映供熱小區(qū)建筑面積集中程度的指標(biāo)。是指一個(gè)地區(qū)總建筑面積與總占地面積的比值。在人口密集居住地區(qū)，規(guī)劃小區(qū)的容積率相對(duì)較高。在北京容積率多在1.01.6之間。而在北方的中等城市中，城市中心地帶容積率多在1.01.4之間，而在相對(duì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)其容積率多小于1.0。在以前的研究中，一般忽視了容積率對(duì)于供熱經(jīng)濟(jì)的影響，一般都是采用一個(gè)固定值計(jì)算。由于存在巨大的差異，其結(jié)果并不能很好地反映客

12、觀實(shí)際。容積率的大小將會(huì)直接影響到本文中計(jì)算的結(jié)果。容積率較大工程相對(duì)于同等供熱面積容積率較小的工程其供熱管網(wǎng)的占地面積要少，這直接導(dǎo)致了供熱管網(wǎng)造價(jià)的不同，而相對(duì)的其他部分造價(jià)不會(huì)出現(xiàn)較大的波動(dòng)。因此，有必要針對(duì)不同的容積率進(jìn)行熱力站的規(guī)模優(yōu)化。本文所選取的算例中容積率的取值為1。在大型城市中容積率多在0.91.6之間，其中，1.11.4出現(xiàn)的比例較高；而在北方的多數(shù)中型城市中，容積率一般在0.51.4之間。因此本文選取0.51.6之間的12個(gè)容積率值進(jìn)行分別計(jì)算，本文仍將以100萬m2供熱規(guī)模的工程為例，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化分析。5最優(yōu)熱力站供熱規(guī)模根據(jù)上述原則，經(jīng)詳細(xì)的對(duì)比分析計(jì)算，得出不同供熱面積條件下的最優(yōu)熱力站規(guī)模詳細(xì)結(jié)果見表2。表2 不同供熱面積條件下的最優(yōu)熱力站規(guī)模 (萬m2)容積率40萬m260萬m280萬m2100萬m2120萬m2150萬m2200萬m20.527.58101012.512.50.647.58101012.512.50.7488101012.512.50.8588101012.512.50.9588101012.512.51.06.788101012.512.51.1888101012.512.51.28108121215151.3101010121215151.4101215151515151.510