城市智能热网仿真与控制技术——王雅然.docx

着力打造全球领先的热网控制技术

城市智能热网仿真与控制技术

DynamicSimulationandControlTechniquesofUrbanDistrictHeatingNetwork

天津大学建筑环境与能源应用工程系

王雅然特聘研究员

王雅然特聘研究员|博导|博后导师

目录

目录

CONTENTS

01双碳背景下的城市供热困境

02破局途径

03零碳热源关键技术

04城市热网动态水力仿真技术

05城市热网动态热力仿真技术

06城市热网全局优化调度

07城市热网数字孪生技术

08产品与落地应用

09智能热网的AI融合技术展望

PART

PARTONE

双碳背景下的城市供热困境

01双碳背景下的城市供热困境

天津市中心城区供热“一张网”：

总供热面积8204万平米；

4座热电厂，6座调峰锅炉房，4座地热井；

天津市超大规模“一张网”总供热面积8204万m2换热站2110座热源4座热电厂6座锅炉房

天津市超大规模“一张网”

总供热面积

8204万m2

换热站

2110座

热源

4座热电厂

6座锅炉房

4座地热井

最大供热能力

5.3GW

横跨直线距离

40km

减碳压力下的大热网发展困境：

主力热源均为高排碳热源；

负荷(MW)外下一步减碳重点就在于如何寻找低碳替代方案，但为了保证特大城市供热需求，大规模

负荷(MW)

外

燃气锅炉

燃煤锅炉

杨柳青热电厂

温

军粮城热电厂

陈塘庄热电厂东北郊热电厂

陈塘庄热电厂

tw,maxtw1tw2tw,min延续时间

PARTTWO

PARTTWO

破局途径

2

02破局途径

几个核心问题：

热网低碳化势必意味着需要进行热源替代，根据地区资源形势和禀赋，太阳能、地热、空气源热泵、地源热泵、核能供热等均为有力候选者；

I.上述低碳/零碳热源除核能外，均不适宜在大型城市进行大规模集中建设，而核能安全性要求高（福岛后，我国全面停止核能新项目审批，目前已重启开始）；

II.如果采用分布式建设的热源替代方式，那么大热网又将何去何从？因为大热网存在的意义就在于将集中的电厂余热输配到城市各个角落，未来热电厂逐步削减，甚至退出，大热网究竟还是否必要？近10年的并网、联网布局、建设和发展是否完全白费？

从电网安全稳定的角度，热电厂应作为备用容量保留一部分，这部分电厂供热出力变为被动热源

02破局途径

可行路径：

I.少部分热电厂保留，其余燃气锅炉陆续替代、退出，代之以区域型分布式可再生热源，例如：空气源/能源塔热泵、地热（取水、中深层），小区级别的系统为佳；

II.部分区域空间充足的条件下（如：城市远郊），可建设集中式太阳能集热场+跨季节储热，充分利用空间资源及现有大热网基础设施；

III.区域二级网、一级大热网均实现弹性化、智慧化运行调控；

IV.形成：“集中式余热互补+分布式调峰/储能”的特大城市超大热网低碳化的逐步转型路径，充分发挥。

从实现步骤来看，应逐步增大分布式热泵、太阳能、地热的占比，逐步提升大热网的调节灵活性

PARTTHREE

PARTTHREE

零碳热源关键技术

3

03零碳热源关键技术

太阳能集热场

I.槽式太阳能集热器+平板型太阳能集热器阵列：可实现90~110℃中高温一级网供水。

II.课题组研发了：“具有新型腔式吸热器的槽式太阳能集热器”、“V型波纹多通道太阳能平板集热器”，可实现上述零碳方案。

03零碳热源关键技术：地热高效利用技术

创新点：首创了利用快速非稳态仿真，实现中深层地下换热过程动态优化调控，充分利用单钻孔换热过程的旋转对称性，使中深层3D换热过程的快速实时优化成为现实。

取热功率(kW)取热功率(kW)180016001400120010008006004002000入口水温15℃入口水温18℃入口水温20℃4003002001000意义与影响：研发了首套基于地下换热过程3D仿真的中深层地热能供热系统优化控制平台，并在天津学苑供热

取热功率(kW)

取热功率(kW)

1800

1600

1400

1200

1000

800

600

400

200

0

入口水温15℃入口水温18℃入口水温20℃