一种分布式能源供热管网储能的量化计算方法技术

本发明专利技术公开了一种分布式能源供热管网储能的量化计算方法，具体步骤如下：根据实际用户情况简化传热模型，构建供热管网与用户、用户与外界环境之间的传热模型；通过用户吸收或放出热量对用户构建储能基础模型；提出影响因子ξ，通过影响因子对用户储能基础模型进行改进，形成单循环储能计算模型；通过供热管网换热段的温度更迭，构建多循环储能计算模型；对方程组进行求解，得到在机组停机时利用供热管网储能供能的可持续时间；改变实例的工况，通过对模型计算对比，得出供热管网相对最优的循环流量，可实现供热管网储能的充分利用，提高能源利用效率。

A quantitative calculation method of energy storage in distributed heating network

【技术实现步骤摘要】
一种分布式能源供热管网储能的量化计算方法
本专利技术涉及分布式能源
，特别涉及到燃气轮机冷/热/电三联供中的冷/热管网储能的计算，具体涉及一种分布式能源供热管网储能的量化计算方法。
技术介绍
分布式能源系统是产生或者储存电能的系统，而燃气轮机冷/热/电三联供(CCHP)又是其重要的实现方式，在CCHP系统中，能量通过能级对口、梯级利用的方式得到充分利用。首先，天然气燃烧的高品位热量通过燃气轮机发电，燃机出来的余热一部分用来加热溴化锂制冷机的蒸发器从而产生冷量以满足用户的冷负荷，另一部分用来满足用户的热负荷。在整个系统中，存在大量的管道和换热设备，具有一定容量的储能能力。在机组计划停机工况下，充分利用供热管网部分的热储能，使得机组停机后，还可继续向用户供冷/热并保持一定时间，以达到精确满足用户用能要求。在向用户定时供冷/热的工况下，充分利用供热管网部分的热储能，使得机组可以提前关闭供热阀门，使得管网内工质继续循环利用储能，以达到提高能源利用率的目的。分布式能源供热管网储能的量化计算是实际工程中亟待解决的问题，因此有必要提出一种分布式能源供热管网的储能计算方法，实现供热管网储能的充分利用，提高能源利用效率。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有技术中的上述缺陷，提供一种分布式能源供热管网储能的量化计算方法。本专利技术的目的可以通过采取如下技术方案达到：一种分布式能源供热管网储能的量化计算方法，所述的量化计算方法包括以下步骤：S1、简化供热管网、用户以及外部环境结构，将供热管网简化成由供水管网、回水管网和与用户换热段构成；S2、简化传热过程中的传热模型，不考虑进回水管网的热损失，将整个管网传热简化成管网换热段与用户换热、用户与外界换热，构建供热管网一个循环内的储能计算模型；S3、在机组停机状态下，供热管网进行自循环，换热段后流体温度相对换热段前下降温度为Δt，引入影响因子ξ，其中，影响因子ξ为供热管网换热段段前受影响管段占总流程长度的百分比，通过影响因子ξ对步骤S2中构建的单循环的储能计算模型进行修正；S4、根据设计工况，确定供热管网并计算初始平衡条件；S5、计算供热管网换热段的温度随时间变化值，从而构建供热管网多循环的储能量化计算模型；S6、根据实际工程选用各参数值，包括：热交换器E1的换热系数ki，换热面积Ai；换交热器E2的换热系数ko，换热面积Ao供热管网的总长度L，其中，供水管段长度L1，回水管段长L2，供热管网换热段长度为L3；循环水泵流量Qm，供热管网进水温度为Tj，供热管网回水温度Th，室外环境温度Tout；用户室内空气质量m1；供热管网中工质质量m2；用户室内空气定压比热容Cpa；供热管网中工质定压比热容Cpw；用户室内空气密度ρa；供热管网中工质密度ρw；供热管网体积Vw；供水、回水、换热管段的横截面积A1、A2、A3；S7、当机组计划停机，通过以上储能计算模型计算变工况条件下，利用供热管网储能供能可持续时间，并对供热管网参数进行优化。进一步地，所述的步骤S2中，传热过程简化后的传热模型包括循环水泵M以及和循环水泵M环接的供热管网、用户U、以及供热管网与用户之间的热交换器E1，该传热模型中，将用户U与环境之间的换热简化成另一个换交热器E2，在机组停机的初始时刻，传热模型处于平衡状态，整个供热管网以循环水泵和供热管网换热段为界被分为两个部分，上半部分为供热管网进水温度Tj，下半部分为供热管网回水温度Th；机组计划停机后，循环水泵M开始工作，上半部分流体源源不断的被抽向下半部分，将上半部分流体刚好全部被抽到下半段的时刻作为计算的初始时刻；此时，在整个供热管网中，循环工质的温度相同，为供热管网回水温度Th，将流体从换热管入口到再次流经供热管网换热段入口视为一个循环；经过一个循环后，供热管网中工质达到一个新的相同的温度值；在一个循环中的传热模型如下：在用户U和供热管网换热段之间的换交热器E1内，换热方程为：q1＝kiAi(Theat-Tin)(1)在用户U和环境之间的换交热器E2内，换热方程为：q2＝koAo(Tout-Tin)(2)在用户U中，吸收热量q1与放出热量q2的代数和与用户温度之间的关系如下式：m1＝ρaVU(4)将供热管网实时的看成一个整体：此时供热管网温度的变化与q1之间的关系为：m2＝ρwVw(6)其中，q1、q2为用户U分别与供热管网换热段和环境之间的换热量，单位为W；m1为用户室内空气的质量，单位为kg；m2为供热管网中工质质量，单位为kg；Cpa为用户室内空气定压比热容，单位为J/kg·K；Cpw为供热管网中工质定压比热容，单位为J/kg·K；ρa为用户室内空气密度，单位为kg/m3；ρw为供热管网中工质密度，单位为kg/m3；Vw为供热管网体积，单位为m3；A1、A2、A3分别为供水、回水、换热管段的横截面积。进一步地，所述的步骤S3中，由于工质在整个供热管网中循环，在任意一个循环中，供热管网换热段出口处的流体温度由于与用户换热而下降，下降温度为Δt，低于供热管网换热段入口处流体温度，假设供热管网换热段入口前受影响管段长度为l，则影响因子ξ则表示该长度占总管网长度的百分比，即：ξ＝l/L；在受影响管段的长度内，由于介质的连续性，供热管网的温度场也具有连续性，又由于在实际工程中，Δt相对T来讲较小，假设流体温度按线性分布，则可得在一个循环中，流经供热管网换热段的流体温度分布随时间变化，定义τa为受影响的流体刚刚流进供热管网换热管的时间，定义τz表示工质完成一个循环所需时间，τa、τz表达式分别为：故在一个循环中，换热管内工质换热温度Theat为分段函数，即：此时，对步骤S2中的换热模型进行修正，可得公式(12)-(16)为单循环的传热计算模型如下，其中T表示当前供热管网换热段，T′表示下一循环中供热管网的换热温度：q1＝kiAi(Theat-Tin)(12)q2＝koAo(Tout-Tin)(13)m1＝ρaVU(15)进一步地，所述的步骤S4中，该传热模型初始时刻处于热平衡状态，即用户U与供热管网中用户换热段之间的换热量等于用户U与外界环境之间的换热量，宏观表现为室内的温度Tin保持恒定，该传热模型所选用的参数与初始数据应满足下式：kiAi(Theat-Tin,initial)＝-koAo(Tout-Tin,initial)(17)。进一步地，所述的步骤S5中，根据上一循环的换热量，计算出热力网络换热管段新的换热温度T′，在一个循环中，将供热管网看成独立的研究对象，则供热管网属于闭口系统，供热管网与外界的换热等于自身内能即焓值的变化，如式(18)所示，∫q1dτ＝∫m2CpwdTheat(18)从而得出新的换热温度T′的表达式即式(19)，当本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分布式能源供热管网储能的量化计算方法，其特征在于，所述的量化计算方法包括以下步骤：/nS1、简化供热管网、用户以及外部环境结构，将供热管网简化成由供水管网、回水管网和与用户换热段构成；/nS2、简化传热过程中的传热模型，不考虑进回水管网的热损失，将整个管网传热简化成管网换热段与用户换热、用户与外界换热，构建供热管网一个循环内的储能计算模型；/nS3、在机组停机状态下，供热管网进行自循环，换热段后流体温度相对换热段前下降温度为Δt，引入影响因子ξ，其中，影响因子ξ为供热管网换热段段前受影响管段占总流程长度的百分比，通过影响因子ξ对步骤S2中构建的单循环的储能计算模型进行修正；/nS4、根据设计工况，确定供热管网并计算初始平衡条件；/nS5、计算供热管网换热段的温度随时间变化值，从而构建供热管网多循环的储能量化计算模型；/nS6、根据实际工程选用各参数值，包括：热交换器E

【技术特征摘要】
1.一种分布式能源供热管网储能的量化计算方法，其特征在于，所述的量化计算方法包括以下步骤：
S1、简化供热管网、用户以及外部环境结构，将供热管网简化成由供水管网、回水管网和与用户换热段构成；
S2、简化传热过程中的传热模型，不考虑进回水管网的热损失，将整个管网传热简化成管网换热段与用户换热、用户与外界换热，构建供热管网一个循环内的储能计算模型；
S3、在机组停机状态下，供热管网进行自循环，换热段后流体温度相对换热段前下降温度为Δt，引入影响因子ξ，其中，影响因子ξ为供热管网换热段段前受影响管段占总流程长度的百分比，通过影响因子ξ对步骤S2中构建的单循环的储能计算模型进行修正；
S4、根据设计工况，确定供热管网并计算初始平衡条件；
S5、计算供热管网换热段的温度随时间变化值，从而构建供热管网多循环的储能量化计算模型；
S6、根据实际工程选用各参数值，包括：热交换器E1的换热系数ki，换热面积Ai；换交热器E2的换热系数ko，换热面积Ao供热管网的总长度L，其中，供水管段长度为L1，回水管段长度为L2，供热管网换热段长度为L3；循环水泵流量Qm，供热管网进水温度为Tj，供热管网回水温度Th，室外环境温度Tout；用户室内空气定压比热容Cpa；供热管网中工质定压比热容Cpw；用户室内空气密度ρa；供热管网中工质密度ρw；供热管网体积Vw；供水、回水、换热管段的横截面积A1、A2、A3；
S7、当机组计划停机，通过以上储能计算模型计算变工况条件下，利用供热管网储能供能可持续时间，并对供热管网参数进行优化。


2.根据权利要求1所述的一种分布式能源供热管网储能的量化计算方法，其特征在于，所述的步骤S2中，传热过程简化后的传热模型包括循环水泵M以及和循环水泵M环接的供热管网、用户U、以及供热管网与用户之间的热交换器E1，该传热模型中，将用户U与环境之间的换热简化成另一个换交热器E2，
在机组停机的初始时刻，传热模型处于平衡状态，整个供热管网以循环水泵和供热管网换热段为界被分为两个部分，上半部分为供热管网进水温度Tj，下半部分为供热管网回水温度Th；机组计划停机后，循环水泵M开始工作，上半部分流体源源不断的被抽向下半部分，将上半部分流体刚好全部被抽到下半段的时刻作为计算的初始时刻；此时，在整个供热管网中，循环工质的温度相同，为供热管网回水温度Th，将流体从换热管入口到再次流经供热管网换热段入口视为一个循环；经过一个循环后，供热管网中工质达到一个新的相同的温度值；在一个循环中的传热模型如下：
在用户U和供热管网换热段之间的换交热器E1内，换热方程为：
q1＝kiAi(Theat-Tin)(1)
在用户U和环境之间的换交热器E2内，换热方程为：
q2＝koAo(Tout-Tin)(2)
在用户U中，吸收热量q1与放出热量q2的代数和与用户温度之间的关系如下式：



m1＝ρaVU(4)
将供热管网实时的看成一个整体：此时供热管网温度的变化与q1之间的关系为：



m2＝ρwVw(6)



其中，q1、q2为用户U分别与供热管网换热段和环境之间的换热量，单位为W；m1为用户室内空气的质量，单位为kg；m2为供热管网中工质质量，单位为kg；Cpa...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡杰进，张也，刘荣，唐智洪，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44