区域能源基站与管网优化设计研究

在当前国际节能减排的大环境下,区域能源技术得以广泛的推广和应用。区域供冷供热系统是区域能源系统的一部分,可与分布式能源、热电厂、城市燃气系统、垃圾发电厂及其他余热利用系统等组合作为能源梯级利用系统,极大地实现节能减排的效果。输配管网是区域能源供冷供热系统的重要组成部分,其造价大约站系统总造价的30%40%,并且需要消耗大量电能导致年运行费用很高。因此输配管网的合理规划设计将极大地决定区域能源供冷供热系统的初投资和年运行费用。本文对通过构建优化数学模型对区域能源输配管网系统进行优化研究,以湖南省株洲市神农城内外圈建筑的区域能源输配管网为算例进行研究分析,主要的研究内容和成果有以下几方面:（1）通过工程经济学理论构建区域能源站与管网优化的数学模型,将区域能源输配管网系统的节能性和经济性有效的结合在一起。该优化数学模型以年折算费用最优为目标函数,以管网的流速、离散型标准管径、管网的节点流量平衡、管段的水力平衡以及满足用户能量需求为求解约束条件。并通过图论理论将管网系统的拓扑结构、各项参数与优化数学模型结合起来,通过MATLAB优化工具箱的fmincon函数进行优化求解。（2）主要研究影响区域能源基站与管网优化的三个重要方面:管网的保温层厚度、基站的作用半径、二级泵的设置。通过构建直埋敷设保温管年折算费用优化目标函数,分析得出直埋保温管的经济保温层厚度与管道输配流体的温度以及保温层材料导热系数的影响关系;从管段温升的角度,构建输配管网的水泵运行能耗、管道与土壤的传热损失以及管道内流体的温升构建热平衡等式。在保证制冷机组能效等级不降等的管道温升前提下,研究基站作用半径与保温层厚度、系统供冷负荷、管内输送流速的影响关系;通过计算神农城内外圈建筑区域能源输配系统不设置二级泵和设置二级泵典型设计日能耗,并对比分析设置二级泵的节能性和区位优势。（3）通过MATLAB软件进行程序编制,并以神农城内外圈建筑的区域能源输配管网为算例,求解管网的管径以及保温层厚度,并对管径进行离散标准取整。对比分析管段内的流体输送速度以及管段比摩阻满足《全国民用建筑工程设计技术措施—暖通空调动力分册》的要求。并分析电价、投资回收年限以及年均摊折旧率对优化数学模型求解结果的影响。