[发明专利]一种分布式能源供热管网储能的量化计算方法

权利要求书

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；

其中，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T_j，下半部分为供热管网回水温度T_h；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T_h，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＝k_iA_i(T_heat-T_in) (1)

在用户U和环境之间的换交热器E₂内，换热方程为：

q₂＝k_oA_o(T_out-T_in) (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＝ρ_aV_U (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＝ρ_wV_w (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；C_pa为用户室内空气定压比热容，单位为J/kg·K；C_pw为供热管网中工质定压比热容，单位为J/kg·K；ρ_a为用户室内空气密度，单位为kg/m³；ρ_w为供热管网中工质密度，单位为kg/m³；V_w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；

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；

其中，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τ_a为受影响的流体刚刚流进供热管网换热管的时间，定义τ_z表示工质完成一个循环所需时间，τ_a、τ_z表达式分别为：

故在一个循环中，换热管内工质换热温度T_heat为分段函数，即：

T_heat＝T，0≤τ≤τ_a

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＝k_iA_i(T_heat-T_in) (12)

q₂＝k_oA_o(T_out-T_in) (13)

m₁＝ρ_aV_U (15)

T_heat＝T，0≤τ≤τ_a

S4、根据设计工况，确定供热管网并计算初始平衡条件；

其中，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T_in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：

k_iA_i(T_heat-T_in，initial)＝-k_oA_o(T_out-T_in，initial) (17)；

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；

其中，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＝∫m₂C_pwdT_heat (18)

从而得出新的换热温度T′的表达式即式(19)，

当该循环结束后，将T′赋给下一循环的T进行循环计算；

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k_i，换热面积A_i；换交热器E₂的换热系数k_o，换热面积A_o，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Q_m，供热管网进水温度为T_j，供热管网回水温度T_h，室外环境温度T_out；用户室内空气定压比热容C_pa；供热管网中工质定压比热容C_pw；用户室内空气密度ρ_a；供热管网中工质密度ρ_w；供热管网体积V_w；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S7中，在机组计划停机，利用供热管网工质储能来给用户供能的条件下，通过以下情况：

不改变实例的工况，计算利用供热管网储能供能的持续时间；

改变实例的工况，保持用户负荷等其他条件不变，只改变循环水泵的流量，计算并对比供热管网储能供能的可持续时间，得出供热管网相对最优的循环流量。