《智慧供熱系統(tǒng)工程》總結(jié)了浙江大學(xué)“智慧能源系統(tǒng)”團(tuán)隊(duì)在智慧供熱及綜合能源領(lǐng)域的多年積累,旨在為讀者提供一個(gè)全新的能源領(lǐng)域智慧化轉(zhuǎn)型視角。本書以智慧供熱技術(shù)和系統(tǒng)架構(gòu)為開篇,探討了智慧化技術(shù)在供熱領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展方向。進(jìn)而圍繞供熱系統(tǒng)的低碳化,引出大型城鎮(zhèn)集中供熱系統(tǒng)和工業(yè)園區(qū)綜合能源系統(tǒng)的智慧化問題,通過將智慧化深度融入供熱及綜合能源系統(tǒng),闡述低碳綜合能源的規(guī)劃與優(yōu)化調(diào)度技術(shù)。本書的特色是緊密結(jié)合了團(tuán)隊(duì)自“十三五”以來牽頭承擔(dān)的國家級(jí)項(xiàng)目研究成果,以技術(shù)成果為主軸,以系列智慧能源工程為示范案例,深入淺出地闡述智慧化技術(shù)在實(shí)際場(chǎng)景中的應(yīng)用價(jià)值和效果,為讀者提供生動(dòng)直觀的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
本書可以帶領(lǐng)讀者了解智慧能源、智慧供熱、綜合能源系統(tǒng)的理論方法與技術(shù),適合從事能源系統(tǒng)數(shù)字化轉(zhuǎn)型與智慧管控的工程師、研究生及本科生學(xué)習(xí)參考,同時(shí)適用于有志從事城鎮(zhèn)供熱、綜合能源領(lǐng)域的相關(guān)職能部門人員及對(duì)智慧能源感興趣的讀者。

1.鐘崴教授是系統(tǒng)工程領(lǐng)域的知名教授。本書是其團(tuán)隊(duì)多年研究工作的總結(jié)。 2.在供熱系統(tǒng)規(guī)劃上，選用模型計(jì)算，可以實(shí)現(xiàn)靈活精準(zhǔn)的調(diào)控。 3.詳細(xì)介紹了智慧供熱系統(tǒng)中常用的建模技術(shù)。

“雙碳”目標(biāo)為中國能源行業(yè)轉(zhuǎn)型注入了強(qiáng)勁驅(qū)動(dòng)力。我國實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的三大關(guān)鍵領(lǐng)域是工業(yè)、建筑和交通。本書主要討論的供熱技術(shù)與工業(yè)及建筑兩大領(lǐng)域密切相關(guān),且貫穿了經(jīng)濟(jì)與民生發(fā)展兩大社會(huì)主線。在人工智能時(shí)代,如何以智慧能源技術(shù)驅(qū)動(dòng)供熱系統(tǒng)的低碳化和智慧化,推動(dòng)工業(yè)和建筑領(lǐng)域的碳中和,是值得我國能源行業(yè)從事者深思的問題。本書旨在探討現(xiàn)代供熱系統(tǒng)工程智慧化發(fā)展方向,追溯供熱領(lǐng)域智慧化的脈絡(luò),使讀者能夠深入了解供熱領(lǐng)域的前沿技術(shù)、工程實(shí)踐和未來發(fā)展趨勢(shì)。本書不僅包含了供熱系統(tǒng)工程原理的分析,更通過闡述機(jī)理建模方法、優(yōu)化技術(shù)、人工智能方法在供熱智慧化中的應(yīng)用方式與落地場(chǎng)景,從面向未來低碳綜合能源系統(tǒng)的角度討論了供熱系統(tǒng)未來的演變路徑,致力于為讀者呈現(xiàn)一個(gè)全新、全面的智慧供熱系統(tǒng)工程。
本書分為八章。開篇從智慧供熱的基礎(chǔ)概念和系統(tǒng)架構(gòu)開始,討論了智慧化技術(shù)在供熱行業(yè)的應(yīng)用及其背后邏輯,包括城市民用供熱系統(tǒng)一級(jí)網(wǎng)和二級(jí)網(wǎng)的靈活精準(zhǔn)調(diào)控技術(shù)。接著,進(jìn)一步討論北方供暖之外的我國工業(yè)園區(qū)蒸汽供熱系統(tǒng)的運(yùn)行優(yōu)化技術(shù),并以此為契機(jī)引入綜合能源系統(tǒng)及多能流管控技術(shù)。最后,介紹了一系列智慧供熱和綜合能源系統(tǒng)的工程實(shí)踐案例,通過深入案例分析,幫助讀者更好地理解和應(yīng)用所學(xué)知識(shí)。總體而言,本書以供熱系統(tǒng)及其智慧化開篇,以面向碳中和的新型綜合能源系統(tǒng)結(jié)尾,希望通過介紹智慧化技術(shù)在供熱系統(tǒng)和綜合能源領(lǐng)域的發(fā)展歷程及其關(guān)鍵技術(shù),為讀者提供一個(gè)前瞻性、綜合性的視野。本書具體編寫分工如下：鐘崴負(fù)責(zé)第1章與第8章,林小杰負(fù)責(zé)第2~7章,全書由鐘崴進(jìn)行統(tǒng)稿。中國節(jié)能環(huán)保集團(tuán)杜玉吉博士和北京市熱力集團(tuán)李仲博博士為第8章的內(nèi)容提供了寶貴建議。本書的順利完成也受益于浙江大學(xué)陳嘉映、孫鑫南、李昊、黃偉、張淑婷、封恩程、劉少雄、毛熠輝、戴哲、章楠、蔡晨鈺、章寧、周瑜婷、羅政、王家樂、王松杰等同學(xué)的支持與幫助。
《智慧供熱系統(tǒng)工程》適用于從事供熱和綜合能源領(lǐng)域的工程師、研究生以及對(duì)智慧能源感興趣的讀者。智慧能源是鏈接“雙碳”目標(biāo)和能源行業(yè)升級(jí)的核心技術(shù),是第四次工業(yè)革命已奏響的澎湃樂章。希望這本書能夠激發(fā)讀者對(duì)智慧能源技術(shù)的興趣,共同推動(dòng)我國供熱行業(yè)邁向更低碳、更智慧、更可持續(xù)的未來。
本書的編寫需要感謝國家自然科學(xué)基金(51806190)和科技部國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2023YFE0108600、2022YFB3304502、2019YFE0126000)的支持。在此一并表示感謝!
本書涉及供熱、綜合能源、人工智能等多個(gè)領(lǐng)域,由于作者自身學(xué)識(shí)水平有限,書中難免出現(xiàn)疏漏和不足之處,懇請(qǐng)讀者不吝賜教,以促進(jìn)本書的完善。

鐘崴

第1章　緒論001
1.1　我國供熱行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀 002
1.2　清潔低碳供熱和綜合能源系統(tǒng) 004
1.2.1　智慧供熱的定義 009
1.2.2　智慧供熱總體技術(shù)路線 013
1.2.3　智慧供熱總體技術(shù)架構(gòu) 021
1.3　總結(jié) 026
參考文獻(xiàn) 026

第2章　供熱系統(tǒng)一級(jí)網(wǎng)“源網(wǎng)”協(xié)同調(diào)控技術(shù)029
2.1　供熱一級(jí)網(wǎng)調(diào)控技術(shù)概況 030
2.2　智慧供熱系統(tǒng)一級(jí)網(wǎng)及其關(guān)鍵設(shè)備建模方法 031
2.2.1　基于圖論的供熱網(wǎng)絡(luò)建模方法 031
2.2.2　燃?xì)忮仩t單元建模 036
2.2.3　熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組建模 038
2.2.4　供熱系統(tǒng)儲(chǔ)熱模型 041
2.3　智慧供熱系統(tǒng)“源-網(wǎng)-荷”協(xié)同多目標(biāo)運(yùn)行 045
2.3.1　智慧供熱系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化指標(biāo)體系構(gòu)建 045
2.3.2　智慧供熱系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化指標(biāo)權(quán)重確定 046
2.3.3　供熱系統(tǒng)“源-網(wǎng)-荷”協(xié)同多目標(biāo)實(shí)時(shí)優(yōu)化模型 051
2.4　大型智慧供熱系統(tǒng)一級(jí)網(wǎng)調(diào)控技術(shù) 056
2.4.1　大型智慧供熱系統(tǒng)一級(jí)網(wǎng)優(yōu)化調(diào)度總體框架 056
2.4.2　大型智慧供熱系統(tǒng)一級(jí)網(wǎng)運(yùn)行結(jié)構(gòu) 058
2.4.3　大型智慧供熱系統(tǒng)一級(jí)網(wǎng)調(diào)度尋優(yōu)方法 060
2.5　總結(jié) 072
參考文獻(xiàn) 072

第3章　供熱系統(tǒng)二級(jí)網(wǎng)按需精準(zhǔn)調(diào)控技術(shù)074
3.1　二級(jí)網(wǎng)調(diào)控技術(shù)概況 075
3.2　二級(jí)網(wǎng)流量優(yōu)化調(diào)節(jié) 076
3.2.1　流量優(yōu)化理論基礎(chǔ) 076
3.2.2　變頻水泵調(diào)節(jié)特點(diǎn) 077
3.2.3　流量優(yōu)化調(diào)控策略 078
3.2.4　熱計(jì)量技術(shù)與按需供熱 078
3.3　基于數(shù)據(jù)的二級(jí)網(wǎng)負(fù)荷預(yù)測(cè)和預(yù)測(cè)性調(diào)控 084
3.3.1　機(jī)器學(xué)習(xí)理論及常見算法原理 085
3.3.2　基于機(jī)器學(xué)習(xí)的供熱系統(tǒng)預(yù)測(cè)建模流程 092
3.3.3　模型評(píng)價(jià)指標(biāo) 096
3.3.4　熱負(fù)荷預(yù)測(cè)方法 097
3.3.5　二級(jí)網(wǎng)溫度延遲辨識(shí)及預(yù)測(cè) 099
3.3.6　熱力站預(yù)測(cè)性調(diào)控建模研究 108
3.4　常見二級(jí)網(wǎng)按需精準(zhǔn)調(diào)控技術(shù) 116
3.4.1　二級(jí)網(wǎng)調(diào)控技術(shù)要點(diǎn) 116
3.4.2　分布式變頻泵技術(shù) 119
3.4.3　樓宇換熱站調(diào)控技術(shù) 121
3.4.4　二級(jí)網(wǎng)智慧感知與狀態(tài)檢測(cè)技術(shù) 123
3.5　總結(jié) 126
參考文獻(xiàn) 127

第4章　靈活智慧供熱技術(shù)128
4.1　靈活智慧供熱背景 129
4.2　供熱系統(tǒng)靈活性量化模型和分析方法 130
4.2.1　供熱系統(tǒng)靈活性的構(gòu)成 131
4.2.2　供熱系統(tǒng)靈活性的分析方法 135
4.3　面向可再生能源接入的多能互補(bǔ)供熱系統(tǒng)靈活優(yōu)化調(diào)度 140
4.3.1　考慮運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性與靈活性的供熱系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化調(diào)度方法 141
4.3.2　面向可再生能源接入的供熱系統(tǒng)優(yōu)化案例 146
4.4　總結(jié) 164
參考文獻(xiàn) 165

第5章　面向太陽能消納的供熱系統(tǒng)粒度分析方法和優(yōu)化規(guī)劃166
5.1　國內(nèi)外零碳供熱系統(tǒng)現(xiàn)狀 167
5.1.1　供熱系統(tǒng)優(yōu)化研究現(xiàn)狀 167
5.1.2　含供熱綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化研究現(xiàn)狀 170
5.2　基于互補(bǔ)結(jié)構(gòu)配置的供熱系統(tǒng)規(guī)劃典型日動(dòng)態(tài)選取方法 171
5.2.1　基于互補(bǔ)結(jié)構(gòu)配置的典型日動(dòng)態(tài)選取方法 172
5.2.2　基于互補(bǔ)結(jié)構(gòu)配置動(dòng)態(tài)選取典型日的兩階段優(yōu)化規(guī)劃流程 176
5.2.3　算例研究 178
5.3　供熱系統(tǒng)粒度分析方法及二級(jí)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)安全規(guī)劃 187
5.3.1　供熱系統(tǒng)粒度分析方法及綜合效益評(píng)估 188
5.3.2　基于粒度分析的供熱系統(tǒng)二級(jí)網(wǎng)規(guī)劃分析方法 193
5.3.3　粒度視角的供熱系統(tǒng)二級(jí)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)安全規(guī)劃案例 197
5.4　基于粒度的二級(jí)網(wǎng)太陽能消納能力提升規(guī)劃 206
5.4.1　太陽能消納及儲(chǔ)熱容量配置優(yōu)化 207
5.4.2　配置方案分析與評(píng)估 209
5.4.3　算例介紹 210
5.4.4　太陽能消納分析 211
5.4.5　儲(chǔ)熱配置優(yōu)化分析及技術(shù)經(jīng)濟(jì)性計(jì)算評(píng)估 213
5.5　總結(jié) 219
參考文獻(xiàn) 220

第6章　工業(yè)園區(qū)蒸汽供熱系統(tǒng)建模和運(yùn)行優(yōu)化224
6.1　基于Modelica 的蒸汽管網(wǎng)系統(tǒng)建模分析 226
6.1.1　工業(yè)蒸汽管網(wǎng)熱工水力計(jì)算模型 227
6.1.2　基于Modelica 的動(dòng)態(tài)特性建模仿真 237
6.1.3　基于Modelica 的蒸汽管道熱工水力動(dòng)態(tài)特性研究 250
6.1.4　基于Modelica 的蒸汽管網(wǎng)暖管與儲(chǔ)能特性研究 258
6.2　基于需求響應(yīng)的工業(yè)園區(qū)蒸汽供熱系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行技術(shù) 262
6.2.1　需求響應(yīng)相關(guān)理論 263
6.2.2　熱力系統(tǒng)需求響應(yīng)分析 266
6.2.3　蒸汽供熱系統(tǒng)需求響應(yīng)技術(shù)方法 268
6.2.4　蒸汽供熱系統(tǒng)用戶構(gòu)建及負(fù)荷特性分析 272
6.2.5　蒸汽供熱系統(tǒng)多目標(biāo)分時(shí)汽價(jià)優(yōu)化模型 289
6.3　總結(jié) 301
參考文獻(xiàn) 302

第7章　考慮供熱系統(tǒng)特性的工業(yè)園區(qū)綜合能源建模和優(yōu)化調(diào)度303
7.1　多能流系統(tǒng)綜合網(wǎng)絡(luò)建模 304
7.1.1　流體網(wǎng)絡(luò)熱工水力動(dòng)態(tài)模型 304
7.1.2　電能網(wǎng)絡(luò)潮流計(jì)算模型 307
7.1.3　能量耦合轉(zhuǎn)換設(shè)備模型 310
7.1.4　綜合能源系統(tǒng)計(jì)算流程 311
7.2　流體網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)輸運(yùn)解析模型與動(dòng)態(tài)管存量化模型 312
7.2.1　流體網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)輸運(yùn)過程及儲(chǔ)能分析 312
7.2.2　流體網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)輸運(yùn)解析模型 315
7.2.3　流體網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)管存量化模型 322
7.3　工業(yè)園區(qū)綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度 326
7.3.1　綜合能源系統(tǒng)儲(chǔ)能環(huán)節(jié)分析 326
7.3.2　綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度總體技術(shù)路線 330
7.3.3　綜合能源系統(tǒng)仿真模型構(gòu)建 332
7.3.4　考慮管網(wǎng)儲(chǔ)熱的熱負(fù)荷削峰填谷分析 344
7.3.5　考慮儲(chǔ)熱的綜合能源系統(tǒng)日前運(yùn)行優(yōu)化調(diào)度 346
7.4　計(jì)及流體網(wǎng)絡(luò)管存的工業(yè)綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度方法 352
7.4.1　計(jì)及流體網(wǎng)絡(luò)管存的工業(yè)綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度模型 352
7.4.2　算例仿真分析 356
7.5　總結(jié) 371
參考文獻(xiàn) 372

第8章　智慧供熱系統(tǒng)工程實(shí)踐案例373
8.1　上海化學(xué)工業(yè)區(qū)智慧蒸汽熱網(wǎng)系統(tǒng) 374
8.1.1　案例背景 374
8.1.2　技術(shù)方案 374
8.1.3　實(shí)施效果和系統(tǒng)效益 375
8.1.4　小結(jié) 378
8.2　北京智慧城市供熱系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度優(yōu)化 378
8.2.1　案例背景 378
8.2.2　技術(shù)方案 379
8.2.3　實(shí)施方式和預(yù)期效益 382
8.2.4　小結(jié) 384
8.3　杭州醫(yī)藥港小鎮(zhèn)區(qū)域綜合能源系統(tǒng) 385
8.3.1　案例背景 385
8.3.2　技術(shù)方案 385
8.3.3　預(yù)期效益 390
8.3.4　小結(jié) 390
8.4　大慶某小區(qū)樓宇智慧供熱精細(xì)化管控 391
8.4.1　案例背景 391
8.4.2　技術(shù)方案 392
8.4.3　實(shí)施方式和預(yù)期效益 393
8.4.4　小結(jié) 394
8.5　雄安新區(qū)市民服務(wù)中心綜合能源系統(tǒng) 395
8.5.1　案例背景 395
8.5.2　技術(shù)方案 396
8.5.3　實(shí)施方式和預(yù)期效益 398
8.5.4　小結(jié) 398