引言多热源联网供热已经被广泛用于国内外集中供热系统[1]。在保证用户供热质量的前提下自由调度各热源所需供热量，是多热源联网技术的核心内容。系统采用多热源供热时，各热源的热生产费用、能源消耗存在较大差异，实施联网运行可以明显降低能源消耗量，进而降低供热成本，还能够提高供热的安全可靠性[2-4]。文中统筹某市主城区供热现状及规划情况，提出多热源联网运行方案，利用MAP水力计算软件对运行方案进行全面分析，提出管网改造、管网建设及联网运行方案。1项目概况1.1热源情况为了实现碳达峰碳中和，根据山东省压减煤炭指标，某市对现有城区热源进行运行调整，逐步关停部分小型热电厂，规划建设效率更高的热电联产机组。目前城区内热源供热能力为900 MW，近期通过部分机组的新建、整合及引入区外热源，逐步形成主城区外四大热源厂向城区供热的形式，供热能力可达1 900 MW，远期供热能力可达2 460 MW。各热源的供热能力如表1所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.09.021.T001表1各热源的供热能力热源名称供热能力/MW近期供热量/MW远期供热量/MW备注合计4 0101 9002 460A热电厂750600750无B热电厂750300300无C热电厂750400450无D热电厂960600960无E热电厂600002021年关停F热电厂300002020年关停1.2热负荷情况截至2020年初，主城区采暖实供面积2 959 万m2，根据供热公司目前的供热情况，主城区有5个分区，总热负荷1 183.6 MW。根据供热专项规划，远期民用采暖供热面积预测为6 948 万m2，采暖热负荷为2 432 MW。无因次综合公式法通过数学分析和回归计算表达供暖期内主城区在不同室外温度下热负荷的分布规律。不同室外温度下，供暖期的供暖热负荷和该温度出现的供暖总小时数、供暖期室外计算温度的关系为[5]：Qn=Qn '(1-β0Rnb)Qn'      n≤55≤n≤Nsh (1)β0=(5-tw')(tn-tw') (2)式中：Qn、Qn'——供暖设计热负荷和在室外温度tw下的供暖热负荷，MW；n——总供暖小时数，h；β0——修正系数；tw'——供暖期的室外计算温度，℃；tn——供暖期的室内计算温度，℃；Nsh——供暖期的总小时数，h；Rn——无因次延续天数或小时数；b——Rn的指数值。经计算得出，主城区远期年总供热量为1 684 万GJ。1.3热网情况单热源枝状管网是现阶段集中供热采用的主要管网布置形式。A电厂、B电厂、D电厂各自通过长距离管网将热源送入主城区，主管网和分支管网互不连通，随着C电厂的建设完成，将其余热通过管网引入主城区。为了解决东西部热源之间互不联系、无法相互保障供暖的问题，经过不断的分析讨论及现场考察，最终形成了热源联网的方案：沿主城区外环线修建1条DN1 200的环形管网，并沿主城区中心新建1条DN1 200的东西横穿的管线，实现4个热源及主城区管网联网的效果，最终形成主城区“一张网”的供热布局。2多热源联网2.1远期联网运行方案随着既有热源的关停和新建热源的投运，供热分区将面临较大调整。考虑供热公司运行调节手段的限制，近期将主城区分为4个区域，仍采用联网不联运的各热源分别运行模式。远期随着负荷的增加及热力公司的统一运营管理，打破供热分区限制，使城区连成一个整体并进行联网运行，4个热源厂同时为城区供热，并根据热源价格及热源情况进行供热调配。多热源联网能源利用效率高、成本低的优势得到充分发挥。参考文献[6]和文献[7]，文中对远期联网运行模型进行模拟分析。2.2远期联网仿真模拟以某市远期主城区管网为例，利用MAP水力计算软件进行建模分析，模拟热源联网状态下的热力管网水力工况情况，对城区多热源供热的运行模式进行水力计算分析以及输配系统水力工况的优化调度。多热源联网运行时热力公司可以对热源用量进行合理调配。C电厂的出厂热价（38.7 元/GJ）最高，D电厂的出厂热价（28.7 元/GJ）最低，远期联网运行时优先利用D电厂的热力，其次利用B电厂、A电厂的热力，利用C电厂的热力进行补充供热。水力计算模型的建设分为两个阶段：第一阶段，根据现状热源、管网、热用户数据建设水力计算模型，通过计算结果与现状实际运行数据进行校核，确保模型搭建正确；第二阶段，根据规划新增热用户及现状热用户供热数据变化，修改完善水力计算模型。城区水力计算模型如图2所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.09.021.F001图2城区水力计算模型2.3远期联网运行模拟结果在主城区管网联网运行的状态下，全市换热站的最小压差为8.8 m，满足资用压头不小于5.0 m的要求；管道的比摩阻最大值为49.4 Pa/m，处于30.0~70.0 Pa/m的经济比摩阻范围内；4座热源厂现状循环水泵的扬程均满足系统的供回水压差要求。联网运行热源计算结果如表2所示。D电厂的最高供水压力为1 390 kPa，最低回水压力为380 kPa。联网运行关键管段编号为764，供回水压降均为49.4 Pa/m。10.3969/j.issn.1004-7948.2023.09.021.T002表2联网运行热源计算结果热源热负荷/MW流量/(m3/h)供水压力/kPa回水压力/kPa压差/kPaA电厂75012 8421 170610560B电厂3005 1381 040740300C电厂4227 4801 160620540D电厂96016 2441 3903801 0102.4节能及环保城区通过接入电厂余热供热，逐步取代城区内的燃煤锅炉房供热，将城区内的锅炉房关停。远期热电联产供热负荷为2 460 MW。经上述计算可知，全年供热量1 684 万GJ。4个热电厂均通过回收电厂余热进行供热，远期年可回收电厂余热1 684 万GJ，折合标准煤67.6 万t。燃煤锅炉房逐步被电厂余热取代，能够减少耗煤量，缓解冬季大气污染现象。远期采暖季能够节约标准煤67.6 万t，减排二氧化碳178.5 万t、二氧化硫5 745.3 t、氮氧化物5 001.5 t。2.5对比分析结合水力计算结果、现状供热运行参数及模拟分析情况，对比单热源枝状管网供热模式与联网运行供热模式，结果如下：第一，在联网运行后，各热源循环水泵扬程可以减少12%~32%。第二，在同等供热量的情况下，采用多个热源联网运行可以降低运行成本，实现系统的经济运行；采用多热源联网供热时，由低成本热源承担基础负荷，使之最大限度地满负荷运行，从而降低高成本热源的供热量，降低成本。第三，多热源联网系统的管网通常互联互通，能够形成环状管网。在管网中设置隔断阀，通过调节阀门，即使某一段热网出现问题，无法流通，仍可通过其他管网保证供热的连续性。多热源联网的优势在于增强了整个系统的互补性，提高了系统的安全可靠性。多热源联网系统更加节能、可靠，联网运行的优势明显。3事故工况分析管网联网能够保障热网的安全可靠运行，在某个热源发生故障的情况下，其他热源能够及时补充热源，保证管网运行，为用户提供部分热负荷。运用MAP水力计算软件对热源事故工况进行模拟分析，所有事故均按照严寒期进行分析，热源事故均按照单个热源出现事故进行分析，未考虑两个或两个以上热源同时出现事故。3.1A电厂事故分析A电厂远期供热能力为750 MW，在A电厂发生事故的情况下，其余3个电厂的供热能力为1 750 MW。计算发现，D电厂的供水压力由139 m提高至146 m，供回水压差由101 m提升至107 m；B电厂的供水压力由104 m降低至103 m，供回水压差由30 m降低至22 m；C电厂的供水压力由116 m提高至123 m，供回水压差由54 m提升至61 m。其余电厂设备可正常运行，但热源保障率仅为72%，供热保证率过低。针对这种事故工况，提出两种解决方案。方案一：保留原城区内E热源厂作为调峰备用热源使用，在热源发生故障的情况下启动调峰。启动后供热系统的保障率可提升至86.3%，满足需求。方案二：远期考虑再引进周边一个电厂的余热进入城区热网，作为远期的调峰热源，目前主城区正在考虑引入周边G电厂的余热。3.2B电厂事故分析B电厂远期供热能力为300 MW，假设B电厂发生事故无法供热，计算后知，A电厂的供水压力由117 m提升至123 m，供回水压差由56 m提升至59 m；D电厂的供水压力由139 m降低至147 m，供回水压差由110 m降低至101 m；C电厂的供水压力由117 m提升至123 m，供回水压差由54 m提升至63 m。各设备的运行参数均在允许范围内。区域的总热负荷为2 432 MW，3个电厂的供热能力为2 160 MW，热源保障率为88.8%。可满足B电厂事故下的供热调节。3.3C电厂事故分析C电厂远期供热能力为450 MW，假设C电厂故障，D电厂的供水压力由139 m下降至137 m，供回水压差由101 m下降为95 m；A电厂的供水压力由117 m提升至118 m，供回水压差由56 m提升至57 m；B电厂的供水压力由104 m提升至106 m，供回水压差由30 m提升至33 m。各设备的运行参数均在允许范围内。3个电厂的供热能力为2 010 MW，热源保障率为82.6%。可满足C电厂事故下的供热调节。3.4D电厂事故分析D电厂远期供热能力为960 MW，若该电厂发生事故，其余3个电厂的供热能力为1 500 MW。在该情况下，A电厂的供水压力由117 m降低至100 m，供回水压差由56 m提升至60 m；B电厂的供水压力由104 m降低至88 m，供回水压差由30 m提升至36 m；C电厂的供水压力由116 m降低至90 m，供回水压差由54 m降低至39 m。电厂设备正常运行，但热源保障率为61.7%。热源保证率过低，无法满足正常的供热要求，解决方案与A电厂事故下的解决方案相同。4结语根据某市主城区的热源及热网情况提出联网运行方案，多热源联网供热能够提高某市主城区供热系统的经济性，协调城区配套热源的供热。联网供热既保证了居民的供热需求，又能使低能耗的热源最大能力的运行，提高了经济效益，降低了污染。多热源联网运行可以提高管网的可靠性。供热出现问题的情况下，针对某一热源的故障，可以合理调度热源之间的热量、流量，给用户提供部分负荷；针对某段管网的故障，可以利用环状管网保证供热介质的输送。充分体现了多热源联网运行的灵活性及联网系统的互补性和备用性，保证管网稳定运行。远期的热源供热量的富余量较少，建议保留现状E电厂作为调峰备用热源，对供热进行补充，且满足热源事故工况及极端天气下的供热需求。