枝状管网离散优化设计的研究

在我国集中供热系统规模稳步增加,人们对城市集中供热的要求已不仅在于供热规模的不断扩大,对于管网系统的优化设计、运行分析及改造等供热技术都提出了更高的要求,必然涉及着管网系统的技术性、节能性和经济性综合问题。长期以来,复杂供热管网的优化设计研究一直是较薄弱的环节,传统的设计方法主要考虑技术指标,往往偏离经济指标很远。为了能有效地提高热水管网的热经济性,本文对枝状管网系统的离散优化设计进行了深入的研究,主要研究内容和成果包括以下几个方面: (1)应用管网系统热经济最优综合设计理论,成功地解决了管网系统技术性、节能性和经济性之间的综合,使所设计的热网,具有运行能耗与初投资综合最小,并具有优良的技术性能。 (2)建立了复杂热水管网全局优化设计的数学模型。模型中包括了各种技术经济指标,以离散管径作为决策变量,选定年折算费用作为优化目标函数,兼顾了投资、运行及维护等方面;约束条件中包括了各种技术参数,如压力、流速等水力约束。 (3)提出了一种适用于枝状管网系统离散优化设计的算法—逐次逼近优化算法,本算法引入投资运行差额率与优化差额率的概念,提出无约束优化管网思想,来体现工程实在节能潜力,并有效夹挤与调整管径边界,大大缩短了目标函数收敛的计算时间,可以快速完成各种参数确定和约束条件的处理,解决了搜索算法大规模寻优操作时各种参数计算的时间问题,从而使其在枝状管网系统中具有实用性。 (4)以实例计算,应用逐次逼近优化算法与传统算法分别进行设计计算,得出的年折算费用进行比较,分析逐次逼近优化算法对实际工程的参考价值。采用电价、热价、管网基建费用、投资效果系数和管网折旧维修率为敏感性因素,通过敏感性分析,得出各因素对年折算费用的影响程度,为工程人员设计提供参考价值。 (5)在理论分析的基础上,编制了枝状管网离散优化设计软件,本软件可用于任意枝状管网的优化设计和计算已建管网年投资费用。