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。針對一定供熱規(guī)模的熱力管網(wǎng)，建立多種一級網(wǎng)和二級網(wǎng)不同敷設的熱網(wǎng)對比方案，以費用年值法對100萬m2供熱面積為例進行經(jīng)濟優(yōu)化，并通過相同規(guī)模的實際熱網(wǎng)工程實例經(jīng)技術分析比較后對理想模型進行了修正。在此基礎上提出了管網(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)對熱力站供熱規(guī)模進行了優(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。關鍵詞：熱力站 費用年值 管網(wǎng)形狀修正系數(shù) 容積率1問題的提出近年來，隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展和人民生活水平的提高，我國集中供熱工程的規(guī)模不斷擴大，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)占有相當大的比例。熱力站供熱規(guī)模的確定是集中供熱工程設計中一個非常常見的也是非常重要的問題。一般說來，對于一個一定規(guī)模的供熱系統(tǒng)，當單個熱力站的供熱規(guī)模較大時，換熱站的數(shù)量減少，一級網(wǎng)的規(guī)模減小，相應的減少了換熱站和一級網(wǎng)的初投資，同時由于二級網(wǎng)的規(guī)模擴大，增大了二級網(wǎng)的初投資，而且由于二級網(wǎng)的供回水溫差小，相應的運行費用增加。相反，如果熱力站的供熱規(guī)模偏小，就會出現(xiàn)換熱站和一級網(wǎng)的初投資增加、二級網(wǎng)的投資減少運行費用減少的情況。由于熱力站的規(guī)模大小直接影響到工程的總投資和運行費用，因此如何選擇熱力站供熱規(guī)模使其在經(jīng)濟上最合理，已經(jīng)成了目前的一個熱點問題。由于熱網(wǎng)

3、的形式千差萬別，有些文獻是以純理論模型為依據(jù)進行優(yōu)化，還有的則是從實際的工程出發(fā)，上述的研究結果顯然都有一定的局限，本文是課題組在理論模型基礎上結合實際多項工程統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行修正后得出的結果，顯然更具有實際意義。2目標函數(shù)的建立和管網(wǎng)模型的確定21目標函數(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)濟上費用最低，采用年計算費用法作為經(jīng)濟評價的目標函數(shù)。其公式形式為： (1)式中按動態(tài)法計算的年計算費用(萬元/年);K開始正常投產(chǎn)時的總投資額(萬元);C年運行費(萬元/年);利率或采用部門的標準內(nèi)部收益率，本文取8%;m生產(chǎn)期(按能源部有關規(guī)定選取)。總投資費用K包括熱源、熱網(wǎng)（含檢查井）和熱力站

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

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

6、熱量單位供熱量費用指標2.1.5折舊費是指固定資產(chǎn)在使用過程中因磨損而逐年轉(zhuǎn)移到產(chǎn)品成本、商品流通費用中的那部分資金。通過折舊方式計入成本的那部分固定資產(chǎn)價值稱為折舊費?；菊叟f費固定資產(chǎn)原值基本折舊率供熱工程項目基本折舊率采用4.8%。2.1.6大修理費大修理費 固定資產(chǎn)原值大修理費率。大修理費率目前按2.5%計算。2.1.7工資及福利費生產(chǎn)和管理人員每人每年工資按一定指標估算，福利費包括職工醫(yī)療費、福利基金、獎勵基金等，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估算。2.1.8其它費用其他費用指上述7項中沒有包括的成本費用，如辦公費、差旅費、科研教

7、育經(jīng)費及生產(chǎn)流動資金貸款利息等。其他費用可參考同類企業(yè)的指標按單位供熱量指標估算，也可按單位定員費用指標和職工人數(shù)估算。2.2管網(wǎng)模型的確定2.2.1理想模型本文的計算中將以100萬m2的小區(qū)為例進行優(yōu)化分析。由于熱力站的供熱規(guī)模在數(shù)學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，分別取25、20、16、12、10、8、6、5、4個熱力站將其均分，建立理想化熱網(wǎng)模型，通過對熱網(wǎng)模型的統(tǒng)計計算得出熱網(wǎng)的初投資、運行費用的計算結果，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)，采用機械挖土，管道為預制保溫管，直埋敷設。管道采用波紋管補償器，該工程當年竣工。綜合面積熱指標選取65W/m2。一級管網(wǎng)的設計供回水溫度為130/80，二級管網(wǎng)的設計供回水溫度為95/70。在進行水力計算時，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，局部阻力當量長度百分數(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實際模型本文選取某供熱地區(qū)的實際工程，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，有部分學校、醫(yī)院、超市、商場等公共建筑，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)設計規(guī)范并遵

10、循理想模型的設計原則對該工程進行相應熱網(wǎng)設計，如圖2所示。該設計依照原有地形及建筑物位置將該工程設立25個熱力站，并進行了一級網(wǎng)和二級網(wǎng)的布線。圖 2 實際工程熱網(wǎng)平面圖3計算結果分析理想模型和實際模型的計算結果限于篇幅，本文從略。通過實際模型與理想模型計算結果對比可以得如下修正：對于100萬m2的理想模型本文取一級網(wǎng)管網(wǎng)形狀修正系數(shù)為1.2；二級網(wǎng)管網(wǎng)形狀修正系數(shù)為2.0。修正后的計算結果見表1。表1各不同方案費用對比 （萬元） 工程或費用名稱方案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年運行費210

11、921052100208420792082208620892096費用年值2841.12830.62816.12791.12776.02776.22785.92792.12807.34容積率對于計算結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。是指一個地區(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，而在相對欠發(fā)達地區(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于供熱經(jīng)濟的影響，一般都是采用一個固定值計算。由于存在巨大的差異，其結果并不能很好地反映客

12、觀實際。容積率的大小將會直接影響到本文中計算的結果。容積率較大工程相對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，這直接導致了供熱管網(wǎng)造價的不同，而相對的其他部分造價不會出現(xiàn)較大的波動。因此，有必要針對不同的容積率進行熱力站的規(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個容積率值進行分別計算，本文仍將以100萬m2供熱規(guī)模的工程為例，對其進行優(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)詳細的對比分析計算，得出不同供熱面積條件下的最優(yōu)熱力站規(guī)模詳細結果見表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