供熱系統(tǒng)節(jié)能改造方案可行性報告
一、 簡述
XX自治縣位于河北省東北部燕山山脈東段，地處東經(jīng)118°33′31″～119°36′30″，北緯40°04′40″～40°36′52″之間。縣域東界至龍王廟鄉(xiāng)與遼寧省建昌縣、綏中縣交界；南界至明長城北側(cè)；西界至涼水河、八道河鄉(xiāng)與遷西縣交界；北界至大石嶺鄉(xiāng)與遼寧省凌源市交界。地處京、津、唐、秦經(jīng)濟(jì)圈和環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)圈，縣域國土面積3510平方公里。
XX自治縣屬暖溫帶亞濕潤氣候區(qū)，四季分明，日照充足，晝夜溫差大，平均氣溫8.9℃，平均降水量715毫米，年無霜期162天。
XX自治縣主要產(chǎn)業(yè)以農(nóng)業(yè)和礦業(yè)為主，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)比較單一，且礦業(yè)主要以鐵礦、金礦為主，無煤炭資源，青龍滿族自治縣周邊無火力發(fā)電廠或其它大型工廠。
目前XX自治縣縣城總供熱面積約400萬平方米，供熱熱源分為東西兩個熱源廠，熱源主要形式采用燃煤供熱。東熱源廠有鍋爐100噸1臺，西熱源廠有鍋爐65噸3臺。縣城供熱站數(shù)量44個。
二、 目前供熱存在的問題
1、 供熱系統(tǒng)聯(lián)動慢，二網(wǎng)平衡調(diào)控難，水、熱、電消耗高，供熱成本大；
縣城平均供熱量約為0.40-0.44GJ/m2，供熱天數(shù)為151天，得出供熱功率為32W/m2以上，供熱功率都明顯高于承德地區(qū)（參考承德地區(qū)供熱能耗標(biāo)準(zhǔn)）的節(jié)能型建筑供熱功率21.1 W/m2，所以造成能源消耗高，成本大。
2、 二網(wǎng)基本就是開放式供熱，能耗高、效果差；
縣城集中供熱主要以換熱站調(diào)節(jié)為主，二次網(wǎng)基本沒有調(diào)節(jié)，在整個供暖周期內(nèi)，技術(shù)工人僅對小部分管道閥（以閘閥或球閥為主）進(jìn)行調(diào)整，不僅調(diào)整精度低，難以平衡，造成了二次網(wǎng)的用熱分配近端熱、遠(yuǎn)端冷的結(jié)果。而且費(fèi)時費(fèi)力，人力成本大。
3、 熱量分配不均，能耗大，用戶滿意度降低、投訴率高，供熱企業(yè)兩面不討好；
因縣供熱管網(wǎng)條件、地理條件及氣候條件等多方面因素，造成供熱質(zhì)量的差異化（根據(jù)2021年我公司實(shí)地考察，有部分居民室內(nèi)溫度可達(dá)27℃，部分居民溫度僅18℃），造成熱力分配不均，能耗大，用戶還不滿意。
4、 供熱企業(yè)運(yùn)維成本高，經(jīng)濟(jì)效益不顯著。
由于供熱系統(tǒng)從鍋爐到換熱站到用戶，環(huán)節(jié)多，但全系統(tǒng)各部分均獨(dú)立運(yùn)行，無智能調(diào)節(jié)聯(lián)動，很多需要人工根據(jù)經(jīng)驗調(diào)節(jié)，造成運(yùn)維成本高，效果還不理想。
5、 為確保環(huán)保排放達(dá)標(biāo)，脫硫、脫硝、除塵成本高，影響收益。
根據(jù)供熱行業(yè)環(huán)保要求，為確保排放達(dá)標(biāo)，均采取脫硫、脫硝、降塵工藝和設(shè)備來控制排放量，這部分成本大約在5-6元/GJ,按照供熱面積400萬計算，脫硫、脫硝、降塵的運(yùn)維成本約2000多萬元。
6、 降耗、減排指標(biāo)嚴(yán)，節(jié)能降耗辦法少。
國家對能源消耗和碳排放的管控指標(biāo)不斷提高，對能耗企業(yè)節(jié)能降耗的創(chuàng)新辦法和效果是重點(diǎn)考核工作任務(wù)之一。
三、 供熱系統(tǒng)節(jié)能改造方案
我公司根據(jù)供熱行業(yè)存在的痛點(diǎn)問題出發(fā)，采用公司研發(fā)的城市智慧供熱管理平臺及無源自發(fā)電調(diào)節(jié)開關(guān)等智能設(shè)備，解決供熱節(jié)能、減排、降耗、創(chuàng)收的問題。
城市智慧供熱管理平臺是集熱源（鍋爐）自控、換熱站控制、單元級二網(wǎng)供熱平衡、用戶數(shù)據(jù)監(jiān)測四大功能模塊，將各模塊數(shù)據(jù)聯(lián)動互通，通過對監(jiān)控數(shù)據(jù)運(yùn)算，自動調(diào)控?zé)o源智能平衡閥將二次熱網(wǎng)調(diào)控平衡，分析確定當(dāng)前實(shí)時的供熱功率以及用熱量，同時根據(jù)室外溫度，對照歷史數(shù)據(jù)計算分析，確定當(dāng)前時刻的應(yīng)該輸出的供熱功率作為目標(biāo)值，進(jìn)行PID調(diào)節(jié)。實(shí)時動態(tài)自動調(diào)控，合理配置熱源、一二網(wǎng)輸出流量、壓力等指標(biāo)，從而明顯降低熱能供給和無功消耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)省能源、降低排放的目標(biāo)。
1. 熱源（鍋爐）控制
燃燒系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)首先是維持鍋爐出口熱水溫度保持穩(wěn)定，克服自身燃料方面的擾動，保證負(fù)荷與出力的協(xié)調(diào)；其次使燃料量與空氣量相協(xié)調(diào)（風(fēng)煤比），保證燃燒的經(jīng)濟(jì)性；另外使引風(fēng)量與送風(fēng)量相適應(yīng)，維持爐膛壓在一定范圍內(nèi)。可在使用原系統(tǒng)產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際情況增加特殊的傳感器及測量儀表。
可以通過平臺的UI界面直接設(shè)置爐排、風(fēng)機(jī)、水泵等運(yùn)行參數(shù)，PLC系統(tǒng)通過上位機(jī)系統(tǒng)設(shè)置的參數(shù)以PID自動調(diào)整運(yùn)行引風(fēng)、循環(huán)泵、補(bǔ)水泵等工作頻率。
l 運(yùn)行參數(shù)監(jiān)控：電能和熱能監(jiān)測、鼓風(fēng)機(jī)監(jiān)控、引風(fēng)機(jī)監(jiān)控、爐排監(jiān)控、一次網(wǎng)泵（或者電動閥）監(jiān)控、循環(huán)泵監(jiān)控、補(bǔ)水泵監(jiān)控、水箱監(jiān)控、一次網(wǎng)供回水壓力溫度監(jiān)測。
l 運(yùn)行控制：鼓風(fēng)機(jī)變頻控制、引風(fēng)機(jī)變頻控制、爐排電機(jī)變頻控制、循環(huán)泵恒壓變頻控制、自動補(bǔ)水控制、自動泄壓控制、設(shè)備報警。
l 通訊方式：4G無線物聯(lián)網(wǎng)通訊，通訊響應(yīng)速度<1s
2. 換熱站控制
各換熱機(jī)組下各分支路所帶的供熱面積、用熱情況、地理位置等不同，以及室外氣溫的變化，各支路的回水溫度也應(yīng)當(dāng)不同。同時二次網(wǎng)供水溫度隨管道保溫、管路距離等因素，其供水溫度呈遞減狀態(tài)，而回水壓力呈遞增狀態(tài)。通過調(diào)節(jié)二次網(wǎng)供回水溫度以調(diào)節(jié)單位面積的供熱功率。
l 運(yùn)行參數(shù)監(jiān)控：電耗計量、一次網(wǎng)泵（或者電動閥）監(jiān)控、循環(huán)泵監(jiān)控、補(bǔ)水泵監(jiān)控、水箱監(jiān)控、一次網(wǎng)側(cè)熱量監(jiān)測、二次網(wǎng)側(cè)流量監(jiān)測、補(bǔ)水流量監(jiān)測、一次網(wǎng)側(cè)供回水壓力溫度監(jiān)測、二次網(wǎng)側(cè)供回水壓力溫度監(jiān)測、站內(nèi)浸水報警。
l 運(yùn)行控制：循環(huán)泵恒壓變頻控制、二次網(wǎng)供水溫度自動調(diào)節(jié)、自動補(bǔ)水控制、自動泄壓控制、設(shè)備報警。
l 通訊方式：4G無線物聯(lián)網(wǎng)通訊，通訊響應(yīng)速度<1s
3. 單元級二網(wǎng)平衡
對供熱區(qū)域內(nèi)每棟樓均實(shí)現(xiàn)單獨(dú)控制，在每個單元管網(wǎng)支路管線安裝凡爾科技發(fā)明產(chǎn)品——無源自發(fā)電平衡開關(guān)（不需要單獨(dú)供電），將供、回水管網(wǎng)的壓力、溫度數(shù)據(jù)，通過NBIOT網(wǎng)絡(luò)上傳至云平臺；可根據(jù)調(diào)節(jié)閥門開度調(diào)節(jié)供回水溫度。
l 布點(diǎn)原則：每棟樓主入口處均安裝無源智慧調(diào)節(jié)閥。
l 數(shù)據(jù)采集：供水壓力、供水溫度、回水壓力、回水溫度、閥門開度等信息。
l 調(diào)節(jié)方式：自動調(diào)節(jié)及手動調(diào)節(jié)，自動控制時閥門可根據(jù)平臺端發(fā)出的控制目標(biāo)指令自動調(diào)節(jié)閥門開度。
l 控制原則：每個閥門均可單獨(dú)設(shè)置加權(quán)系數(shù)調(diào)整，對特殊用戶可實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償。
l 數(shù)據(jù)密度：不小于30次/小時。
l 通訊方式：物聯(lián)網(wǎng)NB無線通訊。
l 二網(wǎng)平衡標(biāo)準(zhǔn)：各樓棟單元回水溫差±1℃。
l 閥芯調(diào)節(jié)精度：0.1%
4. 用戶數(shù)據(jù)監(jiān)測
對供熱區(qū)域內(nèi)熱用戶室溫采集，為供熱調(diào)控提供參考依據(jù)。
l 布點(diǎn)原則：
1、學(xué)校每棟樓至少有兩個采集點(diǎn)；
2、公建單位至少有一個采集點(diǎn)；
3、家庭用戶每個小棟樓至少有三至六個采集點(diǎn)。
l 數(shù)據(jù)密度：不小于2次/小時。
l 采集方式：安裝室內(nèi)可替換開關(guān)或插座的室溫采集裝置。
l 通訊方式：NB無線通訊。
5. 智慧供熱平臺
1) 智慧供熱平臺采用華為云平臺，在控制室設(shè)置一臺至兩臺電腦作為操作員顯示終端。
2) 智慧供熱平臺根據(jù)無源智慧調(diào)節(jié)閥反饋的數(shù)據(jù)信息，自動計算出合理的供回水溫度作為目標(biāo)值下發(fā)至各棟樓入口調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)閥依據(jù)平臺端的參數(shù)自動調(diào)節(jié)閥門比例，使各點(diǎn)的供回水溫度調(diào)節(jié)一致。
3) 平臺依據(jù)采集室溫及室外溫度自動調(diào)節(jié)熱力站系統(tǒng)的供回水溫度（單位面積供熱功率），自動調(diào)節(jié)供熱的流量及溫度（即變頻器頻率），使其供熱量略大于設(shè)定量（不超過5%）。
四、 智慧供熱系統(tǒng)的應(yīng)用效果
1、省熱：智慧供熱管理系統(tǒng)通過全面監(jiān)管，實(shí)時調(diào)控，實(shí)現(xiàn)全域二網(wǎng)平衡（回水溫度差≤±1.5℃），從而合理配置能源，提升熱能供熱效率，顯著降低能耗。根據(jù)實(shí)際案例應(yīng)用可知，節(jié)省熱能輸出8%—20%。預(yù)估XX縣每個供熱期節(jié)省熱能輸出10%計算：每年可節(jié)省供熱燃煤約9995多噸；
另外、自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可根據(jù)工建單位（如：學(xué)校、企業(yè)、機(jī)關(guān)事業(yè)單位）晚上辦公區(qū)空置的特點(diǎn)，設(shè)定調(diào)節(jié)時間，自動降低晚上的供熱量，在第二天上班前1個小時自動調(diào)高供熱量，所以動態(tài)調(diào)控既滿足了用戶需求，節(jié)能效果明顯。
2、省水、電：通過二網(wǎng)平衡系統(tǒng)解決遠(yuǎn)近用戶供水壓力、流量、熱效果不均衡的問題，既提高了一次循環(huán)泵、換熱站循環(huán)泵的工作效率，明顯降低了水泵的電耗，又明顯提高管網(wǎng)用水效率，降低水的損耗。
3、省人力：全系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能監(jiān)管、自動調(diào)節(jié)、無人值守，全面代替人力巡查，人力調(diào)節(jié)，節(jié)省了大量的人力工作。同時，系統(tǒng)還會對換熱站的電能，熱能，以及水的用量（補(bǔ)水泵）的峰谷平進(jìn)行精確的分段計量，形成報表，記錄整個系統(tǒng)的運(yùn)行，進(jìn)行精確的能量統(tǒng)計，降低人工強(qiáng)度。
5、省錢：該系統(tǒng)不僅能節(jié)省供熱熱量169702GJ，而且能減少脫硫、脫硝、降塵措施成本 約1000多萬元，為企業(yè)省錢創(chuàng)收。
6、減排放：在節(jié)省XX縣供熱燃煤的同時，每年還能顯著減少排放：
減少CO2約1.8705萬噸；
減少SO2約60.687噸；
減少NOX約52.834噸。
7、降投訴：該系統(tǒng)動態(tài)調(diào)節(jié)熱能分配，平衡供熱，讓過去供熱不足的住戶室溫提高了，百姓滿意了，投訴就降低了。
這些都能為青龍縣完成節(jié)能減排指標(biāo)任務(wù)作出突出貢獻(xiàn)，而且也減少了煤、灰、渣等料處理、運(yùn)輸?shù)馁M(fèi)用，以及減少了交通壓力和二次污染等問題。
五、 節(jié)能效益分析
凡爾公司于2021-2022年供熱季對宏達(dá)熱力公司SCADA系統(tǒng)平臺上的用熱量數(shù)據(jù)分別于供熱的前期、中期、后期累計14次記錄。
通過歷史數(shù)據(jù)得出縣的基本供熱指標(biāo)：
供熱周期以150天計算
單位供熱量：0.421（GJ/m2）
平均供熱功率：32.519(W/m2)
歷史記錄表：
換熱站 | 名稱 （GJ） | 教委 | 廣電 | 嘉禾園 | 交通 |
面積(m2) | 156501.56 | 181093.78 | 54973.77 | 195105.43 |
11月5日 | 5430 | 65173 | 21013 | 61660 |
11月16日 | 9607 | 70807 | 22748 | 67505 |
11月26日 | 13265 | 74933 | 24247 | 72484 |
12月5日 | 17074 | 79976 | 25782 | 77462 |
12月15日 | 20772 | 85457 | 27423 | 82700 |
12月20日 | 23159 | 88731 | 28365 | 85831 |
12月23日 | 24121 | 90024 | 28737 | 87069 |
12月24日 | 24452 | 90441 | 28862 | 87469 |
1月6日 | 31279 | 99307 | 31772 | 96693 |
2月9日 | 45036 | 120464 | 38683 | 119186 |
2月22日 | 54428 | 127449 | 40824 | 126233 |
2月28日 | 57233 | 130648 | 41918 | 129801 |
3月11日 | 60972 | 135129 | 43381 | 134511 |
4月1日 | 67223 | 142609 | 45816 | 142076 |
當(dāng)?shù)財?shù)據(jù)對比
通過歷史數(shù)據(jù)記錄，得出單位耗熱量如下：
| 單位耗熱量（GJ/m2） | 單位供熱功率(W/m2) |
教委站 | 0.39483951 | 30.46601 |
廣電站 | 0.42760165 | 32.99395 |
嘉禾園站 | 0.45117881 | 34.81318 |
交通站 | 0.41216690 | 31.803 |
2021年教委站完成智慧供熱二網(wǎng)平衡改造，其它三個站為參考，教委站單位耗熱量及供熱功率均低于其它三個站，說明智慧供熱二網(wǎng)平衡和節(jié)能效果明顯。
在2022年2月份前教委站供熱節(jié)能量比超過10%，2月底因配合冬奧，老百姓放水嚴(yán)重的原因造成教委站能耗上升，3月底之前供熱節(jié)能量比8.7%。
供熱指標(biāo)分析
根據(jù)《民用建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)JGJ26-95》、《嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)JGJ?26-2018》等標(biāo)準(zhǔn)文件規(guī)定秦皇島市耗熱量指標(biāo)20.8W/m2，考慮到青龍縣地理位置應(yīng)參考承德市耗熱量指標(biāo)21.0W/m2。
以目前XX縣記錄數(shù)據(jù)為30.466(W/m2)，高于國家標(biāo)準(zhǔn)30%。平均耗熱量0.421（GJ/m2），平均供熱功率32.519(W/m2) 考慮建筑物結(jié)構(gòu)、當(dāng)?shù)厍闆r等多方面原因，耗熱功率也屬于偏高。
全系統(tǒng)均實(shí)現(xiàn)智慧供熱改造的情況下預(yù)計節(jié)能量可達(dá)10%，即平均耗熱量0.382（GJ/m2），平均供熱功率29.462(W/m2)
智慧供熱改造可節(jié)省能源和節(jié)約供熱成本費(fèi)用如下：
自治縣智慧供熱系統(tǒng)改造前后數(shù)據(jù)對照表 |
| 之前 | 之后 |
供熱功率 | 32．519(W/m2) | 29．462(W/m2) |
供熱平米 | 400萬㎡ | 400萬㎡ |
供熱總量 | 供熱功率×供熱時長（151天） 1697023GJ | 供熱功率×供熱時長（151天） 1527321GJ |
可節(jié)約供熱量 | 1697023GJ -1527321GJ =169702GJ |
可節(jié)省燃煤 | （5000大卡）9995噸 |
減少CO2排放 | 1.8705萬噸 |
減少SO2排放 | 60.687噸 |
減少NOX排放 | 52.834噸 |
燃煤供暖生產(chǎn)成本 | 以煤價850.00元/噸計算，供熱成本50.07元/GJ |
可節(jié)約供熱費(fèi)用 | 849.62萬元 |
六、 改造項目投資預(yù)算：
根據(jù)XX自治縣的建筑形式及總供熱面積400萬平方米計算，該項目改造資金投入預(yù)算約含：智慧供熱軟件平臺、鍋爐控制系統(tǒng)改造、換熱站控制系統(tǒng)改造、二網(wǎng)平衡改造、用戶室溫信息采集改造及其他輔助費(fèi)用。具體預(yù)算如下：
名稱 | 改造說明 | 數(shù)量(套) | 單價 (萬元） | 合計 (萬元） |
智慧供熱監(jiān)控平臺費(fèi)用 | 通過對監(jiān)控數(shù)據(jù)運(yùn)算，自動調(diào)控二網(wǎng)平衡，分析確定當(dāng)時的供熱功率以及用熱量，同時根據(jù)室外溫度，對照歷史數(shù)據(jù)計算分析，確定應(yīng)該輸出的供熱功率，實(shí)時自動進(jìn)行PID調(diào)節(jié)，合理配置熱源、一二網(wǎng)輸出流量、壓力等指標(biāo)，從而明顯降低熱能供給和無功消耗。 |
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鍋爐控制系統(tǒng)改造費(fèi)用 | 包括東熱源廠有1臺100噸鍋爐控制系統(tǒng)改造，西熱源廠有3臺65噸鍋爐控制系統(tǒng)改造 |
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換熱站控制系統(tǒng)改造費(fèi)用 | 對44個換熱站控制系統(tǒng)改造 |
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單元級二網(wǎng)平衡改造費(fèi)用 | 對每個單元級二網(wǎng)安裝無源自發(fā)電平衡開關(guān) |
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用戶室溫信息采集建設(shè)費(fèi)用 | 根據(jù)學(xué)校、公建單位、家庭住戶實(shí)際需求安裝室溫采集裝置（預(yù)估） |
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運(yùn)輸費(fèi)機(jī)裝卸費(fèi) |
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安裝調(diào)試費(fèi)用 |
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5年的系統(tǒng)運(yùn)維 |
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稅金 |
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總計 |
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七、 商務(wù)合作模式
投資建設(shè)方式——合同能源管理協(xié)議方式
該項目的投資建設(shè)采用合同能源管理協(xié)議方式，由我公司與青龍滿族自治縣簽訂合同能源管理協(xié)議，該項目節(jié)能改造的所有資金由京東方負(fù)責(zé)，并負(fù)責(zé)該項目的建設(shè)和運(yùn)維，該項目協(xié)議期為5年，以節(jié)省的熱量部分折算成節(jié)省費(fèi)用，我公司分享80%，青龍熱力公司分享20%的節(jié)能成果。
我們所做的一切都是遵照以推動高質(zhì)量高速度發(fā)展為主線，以改革創(chuàng)新為根本動力，以滿足人民日益增長的美好生活需要為根本目標(biāo)，以智能、新能源、節(jié)能降耗的全套優(yōu)化方案為建設(shè)綠色、生態(tài)、美麗做貢獻(xiàn)。
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