着力打造全球领先的热网控制技术城市智能热网仿真与控制技术DynamicSimulationandControlTechniquesofUrbanDistrictHeatingNetwork天津大学建筑环境与能源应用工程系王雅然特聘研究员|博导|博后导师CONTENTS01双碳背景下的城市供热困境02破局途径03零碳热源关键技术04城市热网动态水力仿真技术05城市热网动态热力仿真技术06城市热网全局优化调度07城市热网数字孪生技术08产品与落地应用09智能热网的AI融合技术展望目录PARTONE双碳背景下的城市供热困境燃气锅炉燃煤锅炉杨柳青热电厂温军粮城热电厂东北郊热电厂01双碳背景下的城市供热困境天津市中心城区供热“一张网”：总供热面积8204万平米；4座热电厂，6座调峰锅炉房，4座地热井；热力站2100余座，最大能力5.3GW；减碳压力下的大热网发展困境：主力热源均为高排碳热源；下一步减碳重点就在于如何寻找低碳替代方案，但为了保证特大城市供热需求，大规模建设集中式低碳/零碳热源成本极高。天津市超大规模“一张网”总供热面积8204万m2换热站2110座热源4座热电厂6座锅炉房4座地热井最大供热能力5.3GW横跨直线距离40km陈塘庄热电厂tw,maxtw1tw2tw,min延续时间负荷(MW)外PARTTWO破局途径202破局途径几个核心问题：热网低碳化势必意味着需要进行热源替代，根据地区资源形势和禀赋，太阳能、地热、空气源热泵、地源热泵、核能供热等均为有力候选者；I.上述低碳/零碳热源除核能外，均不适宜在大型城市进行大规模集中建设，而核能安全性要求高（福岛后，我国全面停止核能新项目审批，目前已重启开始）；II.如果采用分布式建设的热源替代方式，那么大热网又将何去何从？因为大热网存在的意义就在于将集中的电厂余热输配到城市各个角落，未来热电厂逐步削减，甚至退出，大热网究竟还是否必要？近10年的并网、联网布局、建设和发展是否完全白费？从电网安全稳定的角度，热电厂应作为备用容量保留一部分，这部分电厂供热出力变为被动热源I.少部分热电厂保留，其余燃气锅炉陆续替代、退出，代之以区域型分布式可再生热源，例如：空气源/能源塔热泵、地热（取水、中深层），小区级别的系统为佳；II.部分区域空间充足的条件下（如：城市远郊），可建设集中式太阳能集热场+跨季节储热，充分利用空间资源及现有大热网基础设施；III.区域二级网、一级大热网均实现弹性化、智慧化运行调控；IV.形成：“集中式余热互补+分布式调峰/储能”的特大城市超大热网低碳化的逐步转型路径，充分发挥。从实现步骤来看，应逐步增大分布式热泵、太阳能、地热的占比，逐步提升大热网的调节灵活性02破局途径可行路径：PARTTHREE零碳热源关键技术303零碳热源关键技术太阳能集热场I.槽式太阳能集热器+平板型太阳能集热器阵列：可实现90~110℃中高温一级网供水。II.课题组研发了：“具有新型腔式吸热器的槽式太阳能集热器”、“V型波纹多通道太阳能平板集热器”，可实现上述零碳方案。03零碳热源关键技术：地热高效利用技术创新点：首创了利用快速非稳态仿真，实现中深层地下换热过程动态优化调控，充分利用单钻孔换热过程的旋转对称性，使中深层3D换热过程的快速实时优化成为现实。意义与影响：研发了首套基于地下换热过程3D仿真的中深层地热能供热系统优化控制平台，并在天津学苑供热站落地应用，节省热泵和循环泵电耗达15%，应用前景极为广阔。模拟值实验值相对误差----入口20℃℃℃入口18入口15入口水温15℃入口水温18℃入口水温20℃搜索路径0153045607590105120135150时间(天)01234567时间(天)1015202530354045地埋管换热器夜间运行流量Q1,2(m3/h)180016001400120010008006004002000085868788899091100806040200108510441002960.5919.0877.5836.0794.5753.0地埋管换热器白天运行流量Q1,1(m3/h)10504540353025201510300200100取热功率(kW)出口水温()℃相对误差(%)取热功率(kW)总耗电量(kWh)时间(天)40003零碳热源关键技术：空气源热泵空气源热泵I.目前，空气源热泵技术已发展得比较成熟，“一栋一机”配置，可实现非常灵活和高效的运行，且降低输配损耗，适宜住宅和公建。II.办公楼、学校、商场等公建的供热、供冷可采用分布式空气源热泵解决方案，能够兼顾供冷。实...