基于GIS的区域可再生能源供热_热水网络规划模型研究（论文）.pdf

第意嘉繁≯础?r盖；月燕h；把‰蔫m。。。銮佃s．v01．48No．7Jul．2017ArchitecnlreTecllllol02y．oy)’基于GIS的区域可再生能源供热／热水网络规划模型研究罗淑湘1，赵鹏1，牛彦涛1，胡情1，周瀚2，尚琳琳1(1．北京建筑技术发展有限责任公司，100055，北京；2．荷兰国家应用科学研究组织，2600从Delft，荷兰)摘要：为在区域能源规划中合理利用太阳能集热、蓄能技术，基于GIs和图论算法研究区域可再生能源供热／热水网络规划模型，用于进行区域能源网络的规划、评估与优化。分析表明，该模型可为区域能源系统、可再生能源利用、建筑单体供热、储能单元等进行多层次系统分析，辅助规划决策。关键词：供热模型；可再生能源；供热／热水网络；GIs中图分类号：TU201文献标志码：A文章编号：1000—4726(2017)07—0693—03RESEARCHoNNETWoRKPLANNINGMoDELoFREGIoNALRENE、7l，ABLEENERGYFoRDISTRICTHEATINGoRHoT、7l，ATERBASEDoNGISLUOShu．xian91，ZHAOPen91，NIUYan—ta01，HUQin91，ZHOUHan2，SHANGLin．Iinl(1．Be妇ingBuildingTecllnologyDevelopmentCo．，Ltd．，100055，Be司ing，China；2．Eanh，Life&SocialSciences，meNetherl弛dso唱aIlisationforAppliedScienti矗c，2600从Delft，111eNemerlands)Abstract：BasedonGISandalgorithmsofgraphtheory，forrationalutilizationthetechn0109yofs01arheatcollectingandstorageonregionalenergyplallning，thenetworkplanningmodelwerestudiedtoregionalpowerne觚orkplallning，eValuationandoptimization．Analysisshowsthatthemodelcanbeusedtomulti—levelsystemanalysisforregionalene唱ysystems，renewableenergyutilization，singlebuildingheating，eneI?gystorageunitandsoon，supponingdecisionsofenergyp1删ng．Keywords：planningmodel；renewableene曜y；heating／hotwater；GIS区域供热(和制冷)网络(Dis仃ictHeating(andc001ing)Ne柳orks，DHcN)可提供必要的基础设施收集和整合可再生能源(如太阳能，地热)和可循环能量(如工业过程，电力生产和垃圾焚烧的余热)，并将其提供给人口稠密区域的用户，但目前许多DHcN面临着重大挑战，因此DHcN行业正在寻找具有成本收益的方式来提高网络效率，并利用替代热源。为充分利用可再生热源，显著提高能源效率和成本效益，新一代DHcN的要求为：(1)可在低温下利用具有间歇性和不可控性的余热和环境能量；(2)可整合并协调分布在整个网络中的多种热源，确保供应的安全性；(3)可以较低的传递损失来收集和分配热量；(4)可与其他能源基础设施耦合(如电力设施及燃气管网)，可充分利用技术集成(如热泵和热电联产cHP)。该DHcN模型被称为第四代收稿日期：2017_03—2l基金项目：科技部“中小企业发展专项资金(对欧合作部分)”(SQ201320A000020)作者简介：罗淑湘(1964一)，女，四川隆昌人，教授级高级工程师，e—mail：luoshuxiaIlg(园bbtdc．com．的区域供热和制冷网络【1]。为进行第四代DHcN设计和运行控制，需结合压力、流量和热量损失进行流体动力学建模计算，但应用精确的流体动力学方法开发模型需较高的人工和时间成本。本文研究基于GIs的热力网络规划功能性模型，对网络的关键属性进行高层次半定量分析，以实现对热力网络的科学快捷规划和初步决策。1建模方法本研究采用图论方法进行网络建模，并用于进行DHcN的配置与评估分析。1．1网络模型网络模型应用图论理论口1对现实城市网络(分配管道)建立能量流(热力)模型。为尽可能简化热力模型，需简化系统：热力供水管网和回水管网模型为封闭环状管路，始终都有泵运行，该管网具有全部供热分配调节功能(图1)。图1中包含泵的双环结构，以保持介质流动，独立用户节点(住宅等)通常连接到第二个节点(太阳能收集器)。供水和回水管道中的温度一定，即80℃和40℃。供水和回水管路中温度均匀，热量 ·694·建筑技术第48卷第7期图1热力分配网络不意(计算机截图)损失(由于实际中绝热是有限的)也是固定的。需要指出的是，实际热网分布中假设的均质结构并不存在。假设流体动力学的阻力不会对运行产生影响，而实际的热力分配网络中，压力、流量和温度密切相关，在分配网络的终端(即没有双圆环结构)通常会有更多的热量损失。这就需要增加更多的流量和压力，以满足网络终点的热量需求。与空间供热和热损失所需的能量相比，泵消耗的能量可忽略不计。需要说明的是，本文提出的模型是一种简化、近似的模型，若需实现更细致的物理模拟，需更复杂的模型。1．2区域供热网络的配置在热力分配网络模型中，配置了需求、太阳能集热器、储能、集中式能源站4种类型的节点。在节点间配置了边，边表示热力分配网络的管道和输送过程中的热损失。太阳能集热器放置在每个屋顶或侧立面，用于提供热水的储存容器(锅炉)放置在每个建筑物内。假定供水和回水网络恒温，则单位体积的水从高温降为低温的过程中所转换的能量恒定。1．2．1需求节点每个建筑物的需求节点用逐时负荷曲线描述，须与太阳能集热器、储能及集中式能