上海世博園區(qū)域供冷系統(tǒng)管網優(yōu)化設計研究.pdf

1、隨著社會經濟的發(fā)展和人們生活水平的提高，區(qū)域供冷將顯示強大的生命力，成為發(fā)達國家、發(fā)達地區(qū)的重要標志之一。近年來區(qū)域供冷系統(tǒng)在我國也呈現(xiàn)出明顯的發(fā)展趨勢，如廣州大學城，北京中關村西區(qū)區(qū)域供冷項目已經實施，并投入運行。DCS系統(tǒng)輸配管網作為區(qū)域供冷系統(tǒng)的重要組成部分，有規(guī)模大、結構復雜，投資大、運行費用高等特點。其系統(tǒng)的經濟性分析就尤為重要。 在我國，區(qū)域供冷是新生事物，開展區(qū)域供冷的優(yōu)化設計研究較少，傳統(tǒng)的設計方法主要考慮技術指

2、標，往往偏離經濟指標很遠，不但浪費了大量的資金，而且會給運行、維護、管理等諸方面帶來問題。 本文以國家科技部科技攻關項目和上海市科委世博科技專項“城市清潔能源高效利用系統(tǒng)技術研究與示范”子課題“世博園區(qū)分布式供能系統(tǒng)及區(qū)域供冷供熱技術”課題研究為背景，對區(qū)域供冷的全局優(yōu)化設計(布局優(yōu)化和管徑優(yōu)化)進行系統(tǒng)研究，詳細探討了數(shù)學模型、優(yōu)化算法、參數(shù)確定、約束條件的無約束化等問題，主要的研究內容和成果包括以下幾個方面： 1．建

3、立了DCS系統(tǒng)管網全局優(yōu)化設計(管網布置和管徑優(yōu)選)的數(shù)學模型。數(shù)學模型以年折算費用(管網初投資、運行費用、冷損費用和維護費用)為目標函數(shù)，以管徑、流速、用戶需流量、管網流量平衡、回路壓力平衡和水力穩(wěn)定性為指標的約束條件。通過實例分析證明，其數(shù)學模型可用于評價區(qū)域供冷管網的設計的優(yōu)劣。 2．考慮到區(qū)域供冷管網優(yōu)化設計屬于典型的組合優(yōu)化問題的特點，選用遺傳算法作為區(qū)域供冷設計優(yōu)化的算法，分析了算法的運行機理，并對遺傳算法設計和運行

4、提出了整數(shù)編碼、采取最優(yōu)個體保存策略、交叉率和變異率自適應等改進策略。算例分析表明，本文構建的優(yōu)化算法適用于區(qū)域供冷的優(yōu)化設計，尤其是復雜的多冷源環(huán)狀區(qū)域供冷的優(yōu)化設計問題，不但可以實現(xiàn)全局最優(yōu)化設計，而且優(yōu)于傳統(tǒng)管網設計方法。 3．以圖論和遺傳算法為理論基礎，應用改進單親遺傳算法進行了樹狀管網優(yōu)化布置，并設計了相應的適應度函數(shù)、單親換位算子和逆轉算子。與Dijkstra算法進行了對比，單親遺傳算法直接以管網年度費用最小為優(yōu)化目

5、標，能夠獲得一批年度費用最小的布置方案，且算法的尋優(yōu)效率較高，收斂性和穩(wěn)定性較好。 4．以上海世博園第一能源站冷卻水系統(tǒng)管網布局為例，應用單親遺傳算法，以管網布局優(yōu)化數(shù)學模型，對世博園第一能源站冷卻水系統(tǒng)管網進行了布局優(yōu)化，獲得了一批初投資和運行費用較小的布置方案，為方案評價和決策提供了理論依據(jù)。 5．設計了上海世博村一類生活區(qū)(B區(qū))區(qū)域供冷卻水空調冷熱源方案。應用管網優(yōu)化設計的數(shù)學模型和遺傳算法，對上海世博村冷卻水系

6、統(tǒng)管網進行了優(yōu)化設計，獲得了年度費用最小的設計方案，并分析了水力穩(wěn)定性系數(shù)和系統(tǒng)調節(jié)方式對系統(tǒng)經濟性的影響。計算結果表明，該方法和常規(guī)方法相比能夠達到節(jié)省初投資和運行費用的目標。 6．以世博國際村一區(qū)區(qū)域供冷卻水系統(tǒng)管網為例，討論水流速、空調負荷和電價、供冷距離的變化對管網系統(tǒng)經濟性的影響。并對最優(yōu)流速的影響因素進行了討論。主要結論：(1)對某一個具體的區(qū)域供冷系統(tǒng)，在電價和設計冷負荷確定時，存在一個最優(yōu)的設計工況的水流速度。設

7、計的水流速度偏離最優(yōu)流速，都會使系統(tǒng)的年度費用增加。(2)空調負荷和電價、供冷距離的變化對管網系統(tǒng)經濟性的影響十分顯著，隨著空調負荷和電價的增大，系統(tǒng)年度費用增大，電價的上升，管網系統(tǒng)年度費用增大的幅度的加大。隨著供冷距離的增大，管網投資，系統(tǒng)運行費用和年度總費用成直線上升。(3)管網系統(tǒng)的最優(yōu)流速隨系統(tǒng)供冷量的增大而增大；隨電價的增大而減??；隨進回水溫差的增大而減小；冷水輸送距離對最優(yōu)水流速度沒有影響。 7．使用 Visual