长输供热自动化控制技术

摘要：长输供热技术日益发展，但自控系统一直存在短板。长输自控应与各子系统的性能相结合，在安全的前提下提高长输供热的经济性，保证热源、热网和热力站的协调节能。

长输供热技术以大温差换热为基础发展而来。大温差换热技术利用供热系统的传热温差驱动，降低热网回水温度，提高管网输热的经济性，大幅度增加了热网的输送距离。

长输供热系统包括热源、长输热网、多级泵站、能源站、一次网、大温差换热站、常规换热站、二次网等子系统组成，各子系统互相耦合，长输供热的经济性受到很多因素的影响。

长输供热自控技术是系统性提高长输供热经济性的重要手段。自控系统是安全稳定运行的核心，也是经济高效运行的保证。但是，目前的长输自控系统只实现了安全稳定运行，对系统的经济高效部分没有深入研究。

系统安全稳定运行是长输项目实施的基础。长输系统一般设置多级泵站接力运行，需要对多组泵联合控制，实现热网水的平稳输送，在停电、故障等情况下提出报警并启动应急方案，避免水击损坏管网和设备。特别在管网高差较大时，还需要考虑故障情况下高差对系统的影响等。总体来看，长输项目系统安全运行的控制难度相当高。

国内已实施的长输供热自控系统，都实现了安全稳定的要求，能够保证系统运行平稳、故障工况可控。但是，进一步提高经济性的目标还没有实现。

目前，长输供热项目仍按照常规的供热模式运行调节，如质调节、质量联合调节等。以质调节为例，初末寒期负荷低，供水温度低，严寒期负荷高，供水温度升高。这些控制点都是根据以往运行经验设置的，并不适应大温差换热的特性，甚至可能会影响大温差换热和长输效果。

长输供热之所以成立，是因为大温差供热降低回水温度，拉大温差，减少水量。大温差设备主要以供水温度为驱动，降低回水温度，驱动能力不足时再辅以其他驱动能源。如果在负荷较低时，热网供水温度降低，大温差设备降温效果变差，温差减小，泵耗大幅度提高，影响经济性；但是，在负荷低的时候将供水温度提高，虽然大温差机组效果好，泵耗降低，但电厂不得不使用大量高品位的采暖抽汽加热热水，余热比例降低，综合能耗也会升高。

由此可见，大温差供热的条件下，每个时段如何控制供热参数，是经济节能运行的前提。供热参数涉及到电厂、管网等经济性，难以通过经验判断，需要综合考虑。

目前来看，经济可靠的长输供热自控系统，应该包括以下两方面技术：

第一，水力工况模拟技术：包括理论计算能力和水力试验台模拟测试。通过试验台测试数据不断完善水力计算模型，保证计算结果的准确性，才能提高自控系统对故障工况的安全响应。特别是涉及大高差的长输供热，应当建立水力工况模拟模型，通过实际测试结果和理论分析数据进行对比修正，才能真正保证控制策略的安全可靠。

第二，数字孪生技术：包括热源厂（电厂）供热模型、管网输配模型、大温差换热器性能模型和常规换热器模型。通过全网供热系统模拟，根据综合能耗数据判断最佳供热参数，继而给出指导意见。特别是融合负荷预测及长输管网流动特性等时间维度参数后，自控系统还可以利用长输供热系统的大容量实现电厂的储能和灵活性调节功能。

实现上述两个功能的长输自控技术，才能真正发挥长输供热系统的优势。这里的难点是大温差换热器的数字孪生，随着技术的发展会产生更多类型的大温差设备，需要不断完善才能制定安全稳定、高效经济的长输控制策略，为长输供热保驾护航。