王晶晶

（太原市熱力集團(tuán)有限責(zé)任公司，山西 太原 030027）

0 引言

“雙碳”[1]開啟了零碳發(fā)展的序幕，作為全面落實(shí)國家節(jié)能減排政策、推進(jìn)城市清潔供熱的示范樣板項(xiàng)目，太古供熱工程開創(chuàng)了全國乃至世界供熱先河。作為其關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)的大溫差輸送，大大提高了供熱能力[2]。在輸送相同熱量情況下，由于吸收式換熱機(jī)組的投運(yùn)，大幅度降低長(zhǎng)輸熱網(wǎng)的回水溫度，增大供回水溫差，系統(tǒng)流量減少[3]，水泵運(yùn)行頻率顯著降低，使該部分電量消耗得以減少[4]，但由于機(jī)組本身屬于耗電設(shè)備，啟動(dòng)與停運(yùn)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)不同，必然對(duì)總電耗的增大與減少產(chǎn)生影響。因此需要對(duì)比兩者（水泵電量減少節(jié)約的電費(fèi)和機(jī)組耗電增加的電費(fèi)）之間的大小關(guān)系，以衡量吸收式換熱機(jī)組電耗的經(jīng)濟(jì)性。

1 長(zhǎng)輸管線概況

太古長(zhǎng)輸供熱工程，高差180m，共敷設(shè)4 根DN1400，長(zhǎng)度為37.8km 的供熱管線，連同市區(qū)敷設(shè)管網(wǎng)供熱里程共達(dá)900km[5]。為克服距離遠(yuǎn)、高差大等因素，系統(tǒng)共設(shè)置6 級(jí)循環(huán)泵實(shí)行分布式梯級(jí)加壓，分別為電廠內(nèi)加壓泵，1#泵站回水加壓泵，2#泵站供、回水加壓泵，3#泵站回水加壓泵，中繼能源站回水加壓泵。每套系統(tǒng)每級(jí)加壓泵均設(shè)置4 臺(tái)（4 用不備），共計(jì)48臺(tái)。各泵組基本參數(shù)如表1 所示。

表1 長(zhǎng)輸管線各加壓泵組基本參數(shù)

吸收式換熱機(jī)組是采用熱泵原理，通過溴化鋰-水溶液的循環(huán)實(shí)現(xiàn)熱交換，主要耗能設(shè)備為機(jī)組溶液泵、冷劑泵。以2020—2021 年采暖季太古熱網(wǎng)運(yùn)行參數(shù)為依據(jù)，初末寒期吸收式換熱機(jī)組按照標(biāo)定功率的25%（運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)值）計(jì)算電耗，得到網(wǎng)內(nèi)7 個(gè)分公司所有啟動(dòng)的機(jī)組日耗電量共計(jì)21330kW·h，目前熱力站電價(jià)為0.5771 元/kW·h，可得日電費(fèi)成本為12310 元，具體如表2 所示。

表2 2020—2021 年采暖季太古熱網(wǎng)內(nèi)吸收式換熱機(jī)組啟用及耗電情況

2020—2021 年采暖季吸收式換熱機(jī)組實(shí)際啟動(dòng)和停運(yùn)時(shí)間及相應(yīng)參數(shù)情況如表3 所示。其中4 座泵站耗電量單價(jià)約為0.43 元/kW·h。

表3 2020—2021 年采暖季吸收式換熱機(jī)組啟停當(dāng)日參數(shù)

2 吸收式換熱機(jī)組啟動(dòng)、停運(yùn)數(shù)學(xué)擬合分析

吸收式換熱機(jī)組啟動(dòng)指令從2020 年11 月17 日開始下達(dá)，依據(jù)該時(shí)間節(jié)點(diǎn)前，未啟動(dòng)吸收式換熱機(jī)組時(shí)，電廠總流量與4 座泵站總電耗二者實(shí)際數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，擬合得出總流量與總電量對(duì)應(yīng)關(guān)系式。

結(jié)合每日實(shí)際供熱負(fù)荷Q 和不同電廠供回水溫差△T 得出計(jì)算流量，將其代入關(guān)系式，繼而得出吸收式換熱機(jī)組延遲開啟條件下的計(jì)算耗電量。將每日計(jì)算耗電量折算成電費(fèi)變化曲線，與11 月17 日之后實(shí)際總電費(fèi)比較，得出吸收式換熱機(jī)組延遲啟動(dòng)的經(jīng)濟(jì)性。

同理，擬合吸收式換熱機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行階段，電廠總流量與4 座泵站和吸收式換熱機(jī)組總電耗二者關(guān)系式，結(jié)合每日實(shí)際供熱負(fù)荷Q 和不同電廠供回水溫差△T，得出吸收式換熱機(jī)組提前啟動(dòng)的經(jīng)濟(jì)性。

吸收式換熱機(jī)組停運(yùn)指令從2021 年2 月26 日開始下達(dá)，依據(jù)該時(shí)間節(jié)點(diǎn)前，吸收式換熱機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行階段，電廠總流量與4 座泵站和吸收式換熱機(jī)組總電耗二者實(shí)際數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，擬合得出總流量與總電量對(duì)應(yīng)關(guān)系式。

結(jié)合每日實(shí)際供熱負(fù)荷Q 和不同電廠供回水溫差△T 得出計(jì)算流量，將其入關(guān)系式，繼而得出大溫差機(jī)組延遲停運(yùn)時(shí)的計(jì)算耗電量。將每日計(jì)算耗電量折算成電費(fèi)變化曲線，與2 月26 日之后實(shí)際總電費(fèi)比較，得處吸收式換熱機(jī)組延遲停運(yùn)的經(jīng)濟(jì)性。

同理，擬合吸收式換熱機(jī)組全部停運(yùn)后，電廠總流量與4 座泵站總電耗二者關(guān)系式，結(jié)合每日實(shí)際供熱負(fù)荷Q 和不同電廠供回水溫差△T，得出吸收式換熱機(jī)組提前停運(yùn)的經(jīng)濟(jì)性。

3 吸收式換熱機(jī)組啟動(dòng)溫度判斷標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)2020 年11 月17 日吸收式換熱機(jī)組啟動(dòng)指令下達(dá)（電廠供回水溫差約在47℃左右，對(duì)應(yīng)一級(jí)網(wǎng)供水溫度約在80℃左右），擬合2020 年11 月1 日至2020年11 月16 日電廠系統(tǒng)一、系統(tǒng)二總流量與4 座泵站總電費(fèi)二者數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)變化曲線，預(yù)測(cè)2020 年11 月16日之后（6d 時(shí)間內(nèi)），在未啟動(dòng)吸收式換熱機(jī)組的情況下4 座泵站的總電費(fèi)，與實(shí)際運(yùn)行情況下的電費(fèi)比較，結(jié)果如圖1 所示。

通過分析圖1 數(shù)據(jù)，當(dāng)吸收式換熱機(jī)組延遲開啟時(shí)，擬合得到的總電費(fèi)均明顯高于實(shí)際運(yùn)行電費(fèi)。

圖1 吸收式換熱機(jī)組延遲開啟預(yù)測(cè)總電費(fèi)

再根據(jù)2020 年11 月17 日吸收式換熱機(jī)組啟動(dòng)指令下達(dá)，擬合2020 年 11 月 28 日至 2020 年12 月10日電廠系統(tǒng)一、系統(tǒng)二總流量與4 座泵站總電費(fèi)二者數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)變化曲線，預(yù)測(cè)2020 年11 月17 日之前（6d時(shí)間內(nèi)），在提前啟動(dòng)吸收式換熱機(jī)組的情況下4 座泵站及所帶熱力站的總電費(fèi)，與實(shí)際運(yùn)行情況下的電費(fèi)比較，結(jié)果如圖2 所示。

圖2 吸收式換熱機(jī)組提前開啟預(yù)測(cè)總電費(fèi)

通過對(duì)比分析圖2 數(shù)據(jù)，當(dāng)興能電廠供回水溫差在44℃以上時(shí)，此時(shí)對(duì)應(yīng)一級(jí)網(wǎng)供水溫度升至約75℃以上，開啟吸收式換熱機(jī)組后擬合得到的總電費(fèi)較實(shí)際運(yùn)行電費(fèi)有明顯減少。

4 吸收式換熱機(jī)組停運(yùn)溫度判斷標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)2021 年2 月26 日吸收式換熱機(jī)組停運(yùn)指令下達(dá)（電廠供回水溫差58℃左右，對(duì)應(yīng)一級(jí)網(wǎng)供水溫度約在80℃左右），擬合2021 年 2 月 15 日至2021 年2月25 日興能電廠系統(tǒng)一、系統(tǒng)二總流量與4 座泵站總電費(fèi)二者數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)變化曲線，預(yù)測(cè)2021 年2 月25 日之后（6d 時(shí)間內(nèi)），在延遲停運(yùn)吸收式換熱機(jī)組的情況下4 座泵站的總電費(fèi)，與實(shí)際運(yùn)行情況下的電費(fèi)比較，結(jié)果如圖3 所示。

圖3 吸收式換熱機(jī)組延遲停運(yùn)預(yù)測(cè)總電費(fèi)

通過對(duì)比分析圖3 數(shù)據(jù)，在電廠供回水溫差降至60℃以下時(shí)，對(duì)應(yīng)一級(jí)網(wǎng)供水溫度85℃以下時(shí)，延遲停運(yùn)吸收式換熱機(jī)組后擬合得到的總電費(fèi)均明顯高于實(shí)際運(yùn)行電費(fèi)。

再根據(jù)2021 年2 月26 日吸收式換熱機(jī)組停運(yùn)指令下達(dá)，擬合 2021 年 2 月 26 日至 2021 年 3 月 15 日電廠系統(tǒng)一、系統(tǒng)二總流量與4 座泵站總電費(fèi)二者數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)變化曲線，預(yù)測(cè)2021 年2 月26 日之前（6d 時(shí)間內(nèi)），在提前停運(yùn)吸收式換熱機(jī)組的情況下4 座泵站的總電費(fèi)，與實(shí)際運(yùn)行情況下的電費(fèi)比較，結(jié)果如圖4所示。

圖4 吸收式換熱機(jī)組提前停運(yùn)預(yù)測(cè)總電費(fèi)

通過對(duì)比分析圖4 數(shù)據(jù)，在電廠供回水溫差降至60℃時(shí)，對(duì)應(yīng)一級(jí)網(wǎng)供水溫度為85℃時(shí)，停運(yùn)吸收式換熱機(jī)組后擬合得到的總電費(fèi)較實(shí)際運(yùn)行電費(fèi)有明顯減少。

5 結(jié)語

綜上所述，以太古熱網(wǎng)2020—2021 采暖季運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，得出以下結(jié)論。

（1）在不考慮大機(jī)組設(shè)備投資回報(bào)等經(jīng)濟(jì)因素，得到最優(yōu)啟停機(jī)組時(shí)刻：初寒期當(dāng)一級(jí)網(wǎng)供水溫度升至75℃以上時(shí)（對(duì)應(yīng)電廠供回水溫差44℃以上，供熱負(fù)荷約1100MW 以上），可考慮啟動(dòng)吸收式換熱機(jī)組；末寒期，當(dāng)一級(jí)網(wǎng)供水溫度降至85℃時(shí)（對(duì)應(yīng)電廠供回水溫差降至60℃時(shí)，供熱負(fù)荷約1400MW 以下），可考慮停運(yùn)吸收式換熱機(jī)組。此時(shí)運(yùn)行電耗成本較低，較經(jīng)濟(jì)。

（2）基于供熱運(yùn)行精細(xì)化管理的目標(biāo)，熱力站未來需加裝單獨(dú)針對(duì)吸收式換熱機(jī)組的電計(jì)量裝置，更為直觀地得出在不同供回水溫度條件下，其能效與電費(fèi)的實(shí)時(shí)變化情況，綜合分析吸收式換熱機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。

（3）大溫差換熱機(jī)組啟停條件依據(jù)相關(guān)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，通過擬合推算得出，需在2021—2022 年采暖季進(jìn)行驗(yàn)證，進(jìn)一步完善擬合結(jié)果與實(shí)際情況的吻合程度。

（4）吸收式換熱機(jī)組貢獻(xiàn)的低溫回水，有利于電廠回收乏汽余熱，雖然對(duì)節(jié)能降耗有著深遠(yuǎn)意義，但是現(xiàn)階段由于熱價(jià)恒定，本文僅針對(duì)電耗方面展開論述。未來的研究重點(diǎn)可以從熱價(jià)浮動(dòng)與電耗相結(jié)合展開深入分析，得到供熱運(yùn)行調(diào)節(jié)方面更為科學(xué)、合理的策略引導(dǎo)。

（5）本文以太古熱網(wǎng)為例進(jìn)行分析，對(duì)其他長(zhǎng)輸熱網(wǎng)機(jī)組啟停時(shí)刻標(biāo)準(zhǔn)可參照本文的分析方法具體分析。