【节能案例】新疆天富能源股份有限公司供热分公司集中供热工程节能改造合同能源管理
2022-09-29 12:57:00
【节能案例】新疆天富能源股份有限公司供热分公司集中供热工程节能改造合同能源管理项目项目基本情况公共设施篇1项目名称新疆天富能源股份有限公司供热分公司集中供热工程节能改造合同能源管理项目2项目业主本项目业主单位为新疆天富能源股份有限公司，该公司是一家以电力、热力生产、销售及天然气销售为主体，发、供、调一体化的综合性能源企业。其中，新疆天富能源股份有限公司供热分公司为本合同能源管理项目的具体实施单位，主要承担石河子市区及周边团场的热力供应；市区工业用户的蒸汽供应；供热设施（特种设备除外）的建设、维护与管理；“三供一业”改造等。
石河子市区现有集中供热面积2545万平方米，300个换热站，500套供热系统。原有东热电、西热电、南热电、天河电厂4座热源，2017年为响应关停小热电的政策号召，关停东、西热电4台135MW机组，由南热电、天河电厂4台330MW机组和2台660MW机组提供城市集中供热负荷。
3项目实施单位同方节能工程技术有限公司
案例内容1技术原理及适用领域本项目结合石河子热网和热源的特点，通过网源匹配与水力计算结果，制定了环状管网下的多热源联网供热方案与分布式变频技术改善管网输配能力的供热运行方案，实现了“一城一网”的网源综合调度与调整。结合网源综合调度方案，通过多热源联网的水力汇交点可灵活调整的特点，实时匹配各热源之间的负荷分配，优先利用低品位余热，延长余热回收系统的运行时长，提高热源系统的综合能效，实现多热源联网绿色调度。通过网源解耦调节的手段，解决一次网热量均匀调配的问题，再通过负荷预测功能，结合室温采集器反馈的室温水平，对热源进行按需调度的调整。搭建同方物联网云平台，消除小区内水力失调和“大流量小温差”运行问题。
该技术主要应用于城市集中供热领域。
2节能改造具体内容1. 存在的问题
石河子供热管网存在“大高差、长距离、高温压”等特点，全市区管网最大高差达到190m，两主力热源向市区输热距离长达15km，严寒期部分老旧管网及换热站压力达到1.3-1.4MPa（设计压力1.6MPa）、一网供水温度达到125℃上限，网源综合调整能力已达上限。在东、西热电关停后，石河子市集中供热面临管网输送能力饱和、热源供热能力接近饱和等状况，需重新根据热负荷分布，进行热源、热网的热量匹配。热力热网运行调度问题等。
2. 改造内容与节能手段
根据热源和热负荷的改变，通过对全市管网进行水力计算后，制定了多热源联网结合分布式变频的供热技术方案，利用全网平衡软件和EZ智能供热操作平台，优化热网调度调整，主要进行了以下方面的节能改造：
a. 监控中心上位软件增设室温采集系统，以便更好的掌握用户供热质量，同时可作为热源调度的参考；
b. 换热站内老旧和缺失的自控设备（温压变、变频器、自控柜等）进行更换；
c. 换热站安装一网电动调节阀和分布式变频泵，利用全网平衡分优软件和EZ智能供热操作平台进行均匀性调节，依据室外温度（同时参考放置到用户侧室温采集器）进行精准调控，可在短时间内实现全网平衡的均匀调控；
d. 多热源联网绿色调度，依据室外温度变化和供水温度要求，延长热源余热回收系统的供热时长，优先利用低品位热源用于集中供热，减少高品位蒸汽的浪费，提高余热回收率与热电系统的网源综合能效。整个采暖季为南热电增加40万GJ乏汽余热回收热量，为天河电厂增加1900万kW·h发电量，提高了热源经济效益；
e. 对二次网水力失调较大的小区进行二网平衡改造，搭建同方物联网云平台，消除小区内水力失调和“大流量小温差”运行等问题，提高用户的供热质量，降低供热系统能耗；
f. 热源循环泵与换热站分布式变频灵活调整，提高管网输送能力，保证严寒期正常供热，降低管网系统的输送电耗；
g. 在项目合作期间，节能服务公司派驻现场工程师，对运行人员进行专业知识培训，提高技术水平与培养节能意识，同时编制运行管理考核制度，提高热源调度及各站运行人员节能降耗的积极性。
3项目实施情况本项目自2017年开始施工，已完成换热站内自控设备（温压变、变频器、分布式变频、电动阀等）改造、智慧供热操作平台和PLC系统程序标准化改造、室温采集检测系统建设、部分二次网水力平衡改造等。
改造完成后，已达到300个换热站的安全稳定运行，272个已实施自控系统的换热站的无人值守，并进行远程数据监控，系统运行情况良好。
项目年节能量及年节能效益1年节能效益2018-2019年采暖季，节能率达18.5％。
技术方案
1主机选型1. 供热系统智能化管理平台
供热系统智能化能源管理平台是供热企业提升科学化管理水平不可缺少的工具。数字化、智能化是今后管理的必由之路。是通过管理节能的有效手段。是供热企业能耗计量、统计、分析的基础。只有充分了解各类分项能耗才能准确判断能量浪费在哪里。是采取节能改造技术措施的依据。
通过专家系统可以给出科学的负荷预测，制定低能耗的运行方案和运行参数。是指导供热企业安全、低耗、经济运行的有力助手。
供热系统智能化管理平台可以依据企业现有的热网监控系统经改造建立。
2. 热网均匀性调节控制
供热系统智能化管理平台是一个管控一体化的平台。通过平台中“热网优化控制模块”，实现热网全自动运行，科学有效地解决一次网的水力失调，解决各个换热站的过量供热问题。
通过智能化能源管理平台获取热网数据，并进行分析、计算，得出实际温度的修正值，配合全网平衡软件，最终获得最适于石河子热网的均匀性控制策略。
3. 多热源联网集中供热技术
为了持续推进城市综合能源的节能减排工作，满足国务院对大型热电厂发电煤耗的要求，在小型热电机组关停后，通过水力计算软件，综合考虑现有热源供热能力，结合环状管网输配特点、地势高差对管网水压的影响，重新分配热网的供热负荷。
多热源联网供热技术，可实现热源水力交汇点的动态平衡，减少各热源负荷区域调整时的阀门切换操作，减少管网运行的工作量；多热源联网后，全部热网联通，可实现“一点定压，多点补水”的补水稳压效果，极大的保障了管网运行的安全稳定性；相比各热源独立供热，多热源联网加强各热源之间的互备互补特性，在单一热源故障或管网故障时，可灵活转变负荷分配，降低供热故障对冬季居民用热的影响。结合不同热源供热效率和余热回收改造程度，多热源联网后，随着初末寒期至严寒期的负荷变化及水温变化情况，优先利用低品位余热资源和高效能热源，提高热源的负荷率和各个热源整体的综合效率，提高网源一体的综合效能，达到节能减排的目的。
4. 分布式变频泵改善末端供热质量
分布式变频泵系统，即在一次网供回水差压不足的换热站的站内回水管上增设变频加压泵。分布式变频泵的方案，系统无用功消耗小，运行费用低。各站回水加压泵的运行，只需满足本站运行的资用压头即可。在部分负荷时，由于各用户负荷变化的不一致性，仍可调节本站回水加压泵的转速以满足网络运行需求即可，基本无阀门的节流损失。
分布式变频泵系统结合一次网调节阀系统，以有源式条件和节流式调节相结合的方式，利用全网平衡软件，综合调整一次网的水力平衡，达到均匀供热的目的，解决了传统集中供热系统一次网水力失调以及热源循环泵扬程高、输出流量不足、管网供水压力偏高等问题，达到了换热站一次网流量按需供应的目的。
5. 解决二次网水力失衡
供热二次网平衡改造的目的在于消除供热二次网系统的水平热力失调，保证整个系统供热的均匀性，从而避免部分热用户室内过热而其他热用户室温不达标的现象，因此在同样满足用户的供热需求的条件下，可以大大节省二次网的供热量。如果各热用户的室内温度可以测量，那么使各热用户的室内温度彼此相同作为调节目标，由于不可能大范围测量室内温度，因此只能寻找反映室内温度的测量参数作为控制目标。由稳态下的热平衡方程可以得到，散热器向房间的供热量与房间向室外的散热量相同，即：
式中：KFr：散热器的传热系数与传热面积的乘积，W/℃；
KFb：建筑物的传热系数与传热面积的乘积（包括冷风渗入的影响），W/℃；
tg、th、ts、to：分别为二次网的供回水温度、室内温度和室外温度度，℃。
由上式可解出：
即在稳定供热工况下，室温为二次网供回水平均温度和室外温度的函数，权系数由建筑物的综合传热系数KFb与散热器的综合传热系数KFr之比决定，由于二次网所负责的建筑物的KFb与KFr之值相差不大，则各楼栋的二次网供回水平均温度（tg th）/2基本上反映了各楼栋的供热平均室温，如果将各楼栋的二次网供回水平均温度调为一致，则可以近似认为各楼栋的室内温度是彼此均匀的。
以各楼栋的二次网供回水平均温度彼此一致作为二次网的调节目标，对各楼栋二次网回水调节阀进行调节，可以保证各楼栋间的均匀供热，避免由于冷热不均，为了保证偏冷用户达到室温要求而造成过热用户的能源浪费。因此二次网平衡调节是保证供热要求条件下的最节能的调节方式，也是使热力公司获得最大经济效益的调节方式。
6. 二次网变流量运行
在采用平衡阀解决了二级网的水力失调的基础上，换热站的循环水泵可以采用随室外温度而变化的变流量运行。真正实现二级网的质、量并调。
由于二次网的流量与循环水泵的耗电成三次方关系，若流量减少20％，循环水泵的耗电就可减少50％。再加上解决了二级网的水力失调，总的额定循环流量可以减少，供回水温差可以加大，就可实现换热站的耗电大幅度减少。
从目前所给的资料来看，大部分换热站的耗电量已经很低，但也存在一些换热站耗电量过高，通过改造可以完善。同时，在加入远传电表后，统计数据将比人工抄表数据更加精确。对于学校、办公楼、商场等公共建筑，可区别不同情况采用间歇供热或分时段供热的方法减少耗热量和耗电量。
7. 室内温度采集系统
室内温度是衡量供热质量的关键参数，以往凭多年管理经验和主观猜测评估供热质量，加装室内温度采集系统，可实时掌握供热质量，为热源调度提供数据支撑。
通过在典型用户室内安装无线测量仪器并建立远程监测系统，对用户室温进行远程实时监测，并具备报警、历史数据查询，趋势分析、统计等多项功能。通过监测系统可以及时准确的掌握用户室温的变化，为热网的控制提供可靠的依据，同时，通过对用户室温变化曲线的分析对未来温度变化和燃料供给进行预测，可以有效提高供热行业的管理水平，对于保证供热系统优质供热、安全运行、经济节能、环境保护具有十分重要的作用，具有良好的社会效益和经济效益。
通过选择典型用户布置室温测点，建立无线远程监测系统对部分小区供热用户室内温度进行实时监测，改变看天供热的传统习惯，指导热源调度，实现供热系统的智能化与供热系统管理水平的提高。
8. 完善能耗数据的采集
通过改造各个换热站自控设备，通过通讯方式获取热量表的瞬时量、累计量等关键参数，加装远传电能表、远传流量计并实现数据上传获取各个换热站的热耗、电耗、水耗等关键数据，通过供热系统智能化能源管理平台对数据进行统计与分析，并计算出关键参数，配合其它软件，实现精确控制与调节。
商业模式项目采用节能效益分享型的合同能源管理模式，合同期为8年，
在本合同到期并且新疆天富能源股份有限公司付清本合同项下全部款项（包括但不限于投资款、节能效益款、可能发生的违约金等）之前，本项目下的所有由同方节能工程技术有限公司采购的设备、设施和仪器等财产（简称“项目财产”）的所有权属于乙方。本合同顺利履行完毕之后，该项目财产的所有权将无偿转让给甲方。
投资额及融资渠道本项目投资额共8000万元，为节能服务公司自有资金。
内容来源： 中国节能协会节能服务产业委员会
石河子市区现有集中供热面积2545万平方米，300个换热站，500套供热系统。原有东热电、西热电、南热电、天河电厂4座热源，2017年为响应关停小热电的政策号召，关停东、西热电4台135MW机组，由南热电、天河电厂4台330MW机组和2台660MW机组提供城市集中供热负荷。
3项目实施单位同方节能工程技术有限公司
案例内容1技术原理及适用领域本项目结合石河子热网和热源的特点，通过网源匹配与水力计算结果，制定了环状管网下的多热源联网供热方案与分布式变频技术改善管网输配能力的供热运行方案，实现了“一城一网”的网源综合调度与调整。结合网源综合调度方案，通过多热源联网的水力汇交点可灵活调整的特点，实时匹配各热源之间的负荷分配，优先利用低品位余热，延长余热回收系统的运行时长，提高热源系统的综合能效，实现多热源联网绿色调度。通过网源解耦调节的手段，解决一次网热量均匀调配的问题，再通过负荷预测功能，结合室温采集器反馈的室温水平，对热源进行按需调度的调整。搭建同方物联网云平台，消除小区内水力失调和“大流量小温差”运行问题。
该技术主要应用于城市集中供热领域。
2节能改造具体内容1. 存在的问题
石河子供热管网存在“大高差、长距离、高温压”等特点，全市区管网最大高差达到190m，两主力热源向市区输热距离长达15km，严寒期部分老旧管网及换热站压力达到1.3-1.4MPa（设计压力1.6MPa）、一网供水温度达到125℃上限，网源综合调整能力已达上限。在东、西热电关停后，石河子市集中供热面临管网输送能力饱和、热源供热能力接近饱和等状况，需重新根据热负荷分布，进行热源、热网的热量匹配。热力热网运行调度问题等。
2. 改造内容与节能手段
根据热源和热负荷的改变，通过对全市管网进行水力计算后，制定了多热源联网结合分布式变频的供热技术方案，利用全网平衡软件和EZ智能供热操作平台，优化热网调度调整，主要进行了以下方面的节能改造：
a. 监控中心上位软件增设室温采集系统，以便更好的掌握用户供热质量，同时可作为热源调度的参考；
b. 换热站内老旧和缺失的自控设备（温压变、变频器、自控柜等）进行更换；
c. 换热站安装一网电动调节阀和分布式变频泵，利用全网平衡分优软件和EZ智能供热操作平台进行均匀性调节，依据室外温度（同时参考放置到用户侧室温采集器）进行精准调控，可在短时间内实现全网平衡的均匀调控；
d. 多热源联网绿色调度，依据室外温度变化和供水温度要求，延长热源余热回收系统的供热时长，优先利用低品位热源用于集中供热，减少高品位蒸汽的浪费，提高余热回收率与热电系统的网源综合能效。整个采暖季为南热电增加40万GJ乏汽余热回收热量，为天河电厂增加1900万kW·h发电量，提高了热源经济效益；
e. 对二次网水力失调较大的小区进行二网平衡改造，搭建同方物联网云平台，消除小区内水力失调和“大流量小温差”运行等问题，提高用户的供热质量，降低供热系统能耗；
f. 热源循环泵与换热站分布式变频灵活调整，提高管网输送能力，保证严寒期正常供热，降低管网系统的输送电耗；
g. 在项目合作期间，节能服务公司派驻现场工程师，对运行人员进行专业知识培训，提高技术水平与培养节能意识，同时编制运行管理考核制度，提高热源调度及各站运行人员节能降耗的积极性。
3项目实施情况本项目自2017年开始施工，已完成换热站内自控设备（温压变、变频器、分布式变频、电动阀等）改造、智慧供热操作平台和PLC系统程序标准化改造、室温采集检测系统建设、部分二次网水力平衡改造等。
改造完成后，已达到300个换热站的安全稳定运行，272个已实施自控系统的换热站的无人值守，并进行远程数据监控，系统运行情况良好。
项目年节能量及年节能效益1年节能效益2018-2019年采暖季，节能率达18.5％。
技术方案
1主机选型1. 供热系统智能化管理平台
供热系统智能化能源管理平台是供热企业提升科学化管理水平不可缺少的工具。数字化、智能化是今后管理的必由之路。是通过管理节能的有效手段。是供热企业能耗计量、统计、分析的基础。只有充分了解各类分项能耗才能准确判断能量浪费在哪里。是采取节能改造技术措施的依据。
通过专家系统可以给出科学的负荷预测，制定低能耗的运行方案和运行参数。是指导供热企业安全、低耗、经济运行的有力助手。
供热系统智能化管理平台可以依据企业现有的热网监控系统经改造建立。
2. 热网均匀性调节控制
供热系统智能化管理平台是一个管控一体化的平台。通过平台中“热网优化控制模块”，实现热网全自动运行，科学有效地解决一次网的水力失调，解决各个换热站的过量供热问题。
通过智能化能源管理平台获取热网数据，并进行分析、计算，得出实际温度的修正值，配合全网平衡软件，最终获得最适于石河子热网的均匀性控制策略。
3. 多热源联网集中供热技术
为了持续推进城市综合能源的节能减排工作，满足国务院对大型热电厂发电煤耗的要求，在小型热电机组关停后，通过水力计算软件，综合考虑现有热源供热能力，结合环状管网输配特点、地势高差对管网水压的影响，重新分配热网的供热负荷。
多热源联网供热技术，可实现热源水力交汇点的动态平衡，减少各热源负荷区域调整时的阀门切换操作，减少管网运行的工作量；多热源联网后，全部热网联通，可实现“一点定压，多点补水”的补水稳压效果，极大的保障了管网运行的安全稳定性；相比各热源独立供热，多热源联网加强各热源之间的互备互补特性，在单一热源故障或管网故障时，可灵活转变负荷分配，降低供热故障对冬季居民用热的影响。结合不同热源供热效率和余热回收改造程度，多热源联网后，随着初末寒期至严寒期的负荷变化及水温变化情况，优先利用低品位余热资源和高效能热源，提高热源的负荷率和各个热源整体的综合效率，提高网源一体的综合效能，达到节能减排的目的。
4. 分布式变频泵改善末端供热质量
分布式变频泵系统，即在一次网供回水差压不足的换热站的站内回水管上增设变频加压泵。分布式变频泵的方案，系统无用功消耗小，运行费用低。各站回水加压泵的运行，只需满足本站运行的资用压头即可。在部分负荷时，由于各用户负荷变化的不一致性，仍可调节本站回水加压泵的转速以满足网络运行需求即可，基本无阀门的节流损失。
分布式变频泵系统结合一次网调节阀系统，以有源式条件和节流式调节相结合的方式，利用全网平衡软件，综合调整一次网的水力平衡，达到均匀供热的目的，解决了传统集中供热系统一次网水力失调以及热源循环泵扬程高、输出流量不足、管网供水压力偏高等问题，达到了换热站一次网流量按需供应的目的。
5. 解决二次网水力失衡
供热二次网平衡改造的目的在于消除供热二次网系统的水平热力失调，保证整个系统供热的均匀性，从而避免部分热用户室内过热而其他热用户室温不达标的现象，因此在同样满足用户的供热需求的条件下，可以大大节省二次网的供热量。如果各热用户的室内温度可以测量，那么使各热用户的室内温度彼此相同作为调节目标，由于不可能大范围测量室内温度，因此只能寻找反映室内温度的测量参数作为控制目标。由稳态下的热平衡方程可以得到，散热器向房间的供热量与房间向室外的散热量相同，即：
式中：KFr：散热器的传热系数与传热面积的乘积，W/℃；
KFb：建筑物的传热系数与传热面积的乘积（包括冷风渗入的影响），W/℃；
tg、th、ts、to：分别为二次网的供回水温度、室内温度和室外温度度，℃。
由上式可解出：
即在稳定供热工况下，室温为二次网供回水平均温度和室外温度的函数，权系数由建筑物的综合传热系数KFb与散热器的综合传热系数KFr之比决定，由于二次网所负责的建筑物的KFb与KFr之值相差不大，则各楼栋的二次网供回水平均温度（tg th）/2基本上反映了各楼栋的供热平均室温，如果将各楼栋的二次网供回水平均温度调为一致，则可以近似认为各楼栋的室内温度是彼此均匀的。
以各楼栋的二次网供回水平均温度彼此一致作为二次网的调节目标，对各楼栋二次网回水调节阀进行调节，可以保证各楼栋间的均匀供热，避免由于冷热不均，为了保证偏冷用户达到室温要求而造成过热用户的能源浪费。因此二次网平衡调节是保证供热要求条件下的最节能的调节方式，也是使热力公司获得最大经济效益的调节方式。
6. 二次网变流量运行
在采用平衡阀解决了二级网的水力失调的基础上，换热站的循环水泵可以采用随室外温度而变化的变流量运行。真正实现二级网的质、量并调。
由于二次网的流量与循环水泵的耗电成三次方关系，若流量减少20％，循环水泵的耗电就可减少50％。再加上解决了二级网的水力失调，总的额定循环流量可以减少，供回水温差可以加大，就可实现换热站的耗电大幅度减少。
从目前所给的资料来看，大部分换热站的耗电量已经很低，但也存在一些换热站耗电量过高，通过改造可以完善。同时，在加入远传电表后，统计数据将比人工抄表数据更加精确。对于学校、办公楼、商场等公共建筑，可区别不同情况采用间歇供热或分时段供热的方法减少耗热量和耗电量。
7. 室内温度采集系统
室内温度是衡量供热质量的关键参数，以往凭多年管理经验和主观猜测评估供热质量，加装室内温度采集系统，可实时掌握供热质量，为热源调度提供数据支撑。
通过在典型用户室内安装无线测量仪器并建立远程监测系统，对用户室温进行远程实时监测，并具备报警、历史数据查询，趋势分析、统计等多项功能。通过监测系统可以及时准确的掌握用户室温的变化，为热网的控制提供可靠的依据，同时，通过对用户室温变化曲线的分析对未来温度变化和燃料供给进行预测，可以有效提高供热行业的管理水平，对于保证供热系统优质供热、安全运行、经济节能、环境保护具有十分重要的作用，具有良好的社会效益和经济效益。
通过选择典型用户布置室温测点，建立无线远程监测系统对部分小区供热用户室内温度进行实时监测，改变看天供热的传统习惯，指导热源调度，实现供热系统的智能化与供热系统管理水平的提高。
8. 完善能耗数据的采集
通过改造各个换热站自控设备，通过通讯方式获取热量表的瞬时量、累计量等关键参数，加装远传电能表、远传流量计并实现数据上传获取各个换热站的热耗、电耗、水耗等关键数据，通过供热系统智能化能源管理平台对数据进行统计与分析，并计算出关键参数，配合其它软件，实现精确控制与调节。
商业模式项目采用节能效益分享型的合同能源管理模式，合同期为8年，
在本合同到期并且新疆天富能源股份有限公司付清本合同项下全部款项（包括但不限于投资款、节能效益款、可能发生的违约金等）之前，本项目下的所有由同方节能工程技术有限公司采购的设备、设施和仪器等财产（简称“项目财产”）的所有权属于乙方。本合同顺利履行完毕之后，该项目财产的所有权将无偿转让给甲方。
投资额及融资渠道本项目投资额共8000万元，为节能服务公司自有资金。
内容来源： 中国节能协会节能服务产业委员会
