上海世博園區(qū)域供冷系統(tǒng)管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)研究.pdf

1、隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，區(qū)域供冷將顯示強(qiáng)大的生命力，成為發(fā)達(dá)國(guó)家、發(fā)達(dá)地區(qū)的重要標(biāo)志之一。近年來區(qū)域供冷系統(tǒng)在我國(guó)也呈現(xiàn)出明顯的發(fā)展趨勢(shì)，如廣州大學(xué)城，北京中關(guān)村西區(qū)區(qū)域供冷項(xiàng)目已經(jīng)實(shí)施，并投入運(yùn)行。DCS系統(tǒng)輸配管網(wǎng)作為區(qū)域供冷系統(tǒng)的重要組成部分，有規(guī)模大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，投資大、運(yùn)行費(fèi)用高等特點(diǎn)。其系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性分析就尤為重要。 在我國(guó)，區(qū)域供冷是新生事物，開展區(qū)域供冷的優(yōu)化設(shè)計(jì)研究較少，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法主要考慮技術(shù)指

2、標(biāo)，往往偏離經(jīng)濟(jì)指標(biāo)很遠(yuǎn)，不但浪費(fèi)了大量的資金，而且會(huì)給運(yùn)行、維護(hù)、管理等諸方面帶來問題。 本文以國(guó)家科技部科技攻關(guān)項(xiàng)目和上海市科委世博科技專項(xiàng)“城市清潔能源高效利用系統(tǒng)技術(shù)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(shù)”課題研究為背景，對(duì)區(qū)域供冷的全局優(yōu)化設(shè)計(jì)(布局優(yōu)化和管徑優(yōu)化)進(jìn)行系統(tǒng)研究，詳細(xì)探討了數(shù)學(xué)模型、優(yōu)化算法、參數(shù)確定、約束條件的無(wú)約束化等問題，主要的研究?jī)?nèi)容和成果包括以下幾個(gè)方面： 1．建

3、立了DCS系統(tǒng)管網(wǎng)全局優(yōu)化設(shè)計(jì)(管網(wǎng)布置和管徑優(yōu)選)的數(shù)學(xué)模型。數(shù)學(xué)模型以年折算費(fèi)用(管網(wǎng)初投資、運(yùn)行費(fèi)用、冷損費(fèi)用和維護(hù)費(fèi)用)為目標(biāo)函數(shù)，以管徑、流速、用戶需流量、管網(wǎng)流量平衡、回路壓力平衡和水力穩(wěn)定性為指標(biāo)的約束條件。通過實(shí)例分析證明，其數(shù)學(xué)模型可用于評(píng)價(jià)區(qū)域供冷管網(wǎng)的設(shè)計(jì)的優(yōu)劣。 2．考慮到區(qū)域供冷管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)屬于典型的組合優(yōu)化問題的特點(diǎn)，選用遺傳算法作為區(qū)域供冷設(shè)計(jì)優(yōu)化的算法，分析了算法的運(yùn)行機(jī)理，并對(duì)遺傳算法設(shè)計(jì)和運(yùn)行

4、提出了整數(shù)編碼、采取最優(yōu)個(gè)體保存策略、交叉率和變異率自適應(yīng)等改進(jìn)策略。算例分析表明，本文構(gòu)建的優(yōu)化算法適用于區(qū)域供冷的優(yōu)化設(shè)計(jì)，尤其是復(fù)雜的多冷源環(huán)狀區(qū)域供冷的優(yōu)化設(shè)計(jì)問題，不但可以實(shí)現(xiàn)全局最優(yōu)化設(shè)計(jì)，而且優(yōu)于傳統(tǒng)管網(wǎng)設(shè)計(jì)方法。 3．以圖論和遺傳算法為理論基礎(chǔ)，應(yīng)用改進(jìn)單親遺傳算法進(jìn)行了樹狀管網(wǎng)優(yōu)化布置，并設(shè)計(jì)了相應(yīng)的適應(yīng)度函數(shù)、單親換位算子和逆轉(zhuǎn)算子。與Dijkstra算法進(jìn)行了對(duì)比，單親遺傳算法直接以管網(wǎng)年度費(fèi)用最小為優(yōu)化目

5、標(biāo)，能夠獲得一批年度費(fèi)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(wǎng)布局為例，應(yīng)用單親遺傳算法，以管網(wǎng)布局優(yōu)化數(shù)學(xué)模型，對(duì)世博園第一能源站冷卻水系統(tǒng)管網(wǎng)進(jìn)行了布局優(yōu)化，獲得了一批初投資和運(yùn)行費(fèi)用較小的布置方案，為方案評(píng)價(jià)和決策提供了理論依據(jù)。 5．設(shè)計(jì)了上海世博村一類生活區(qū)(B區(qū))區(qū)域供冷卻水空調(diào)冷熱源方案。應(yīng)用管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的數(shù)學(xué)模型和遺傳算法，對(duì)上海世博村冷卻水系

6、統(tǒng)管網(wǎng)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，獲得了年度費(fèi)用最小的設(shè)計(jì)方案，并分析了水力穩(wěn)定性系數(shù)和系統(tǒng)調(diào)節(jié)方式對(duì)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的影響。計(jì)算結(jié)果表明，該方法和常規(guī)方法相比能夠達(dá)到節(jié)省初投資和運(yùn)行費(fèi)用的目標(biāo)。 6．以世博國(guó)際村一區(qū)區(qū)域供冷卻水系統(tǒng)管網(wǎng)為例，討論水流速、空調(diào)負(fù)荷和電價(jià)、供冷距離的變化對(duì)管網(wǎng)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的影響。并對(duì)最優(yōu)流速的影響因素進(jìn)行了討論。主要結(jié)論：(1)對(duì)某一個(gè)具體的區(qū)域供冷系統(tǒng)，在電價(jià)和設(shè)計(jì)冷負(fù)荷確定時(shí)，存在一個(gè)最優(yōu)的設(shè)計(jì)工況的水流速度。設(shè)

7、計(jì)的水流速度偏離最優(yōu)流速，都會(huì)使系統(tǒng)的年度費(fèi)用增加。(2)空調(diào)負(fù)荷和電價(jià)、供冷距離的變化對(duì)管網(wǎng)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性的影響十分顯著，隨著空調(diào)負(fù)荷和電價(jià)的增大，系統(tǒng)年度費(fèi)用增大，電價(jià)的上升，管網(wǎng)系統(tǒng)年度費(fèi)用增大的幅度的加大。隨著供冷距離的增大，管網(wǎng)投資，系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用和年度總費(fèi)用成直線上升。(3)管網(wǎng)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(jià)的增大而減小；隨進(jìn)回水溫差的增大而減小；冷水輸送距離對(duì)最優(yōu)水流速度沒有影響。 7．使用 Visual