城市供热低碳化发展现状与优化技术
1. 城市供热低碳化发展现状（以天津市为例）
天津市的《供热专项规划（2021~2035）》提出以梯级利用原则发展地热能，优先利用污水源热泵、空气源热泵，并结合垃圾焚烧、生物质供热、分户太阳能及工业余热等多种能源形式，推动供热系统低碳化转型。
2. 低碳供热系统源侧运行优化技术
2.1 中深层地热供热系统运行优化
- 运行特点：岩层热响应慢，热恢复时间长，长时间持续取热能力衰减快。天津市学苑供热站测试与仿真结果均表明该问题。
- 优化策略：地下取热热量需与供热负荷长周期动态匹配，兼顾热泵COP、地源侧循环泵耗，并通过长周期优化地源侧循环流量，同步调节机组台数、供水温度及循环泵频率。
2.2 地源热泵长短周期滚动优化
- 问题：传统地下温度场仿真方法无法实时指导机组运行，导致地源热泵系统效率衰减。
- 解决方案：构造分层有限长线热源模型，将连续热流响应近似为矩形脉冲响应，导出钻孔群温度场响应的离散传递矩阵形式，实现1分钟内完成全年工况计算，实时在线运行。
- 优化结果：长周期优化方法在地源侧吸放热平衡性上优于其他策略，虽短期经济性稍差，但长期运行可靠性更高。
2.3 空气源热泵（应用形式与低环温性能）
- 应用形式：楼顶安装，灵活配置，适宜住宅和公建，但需解决噪声、震动问题。
- 低环温性能：单级压缩热泵在室外气温低于-20℃时供热量不足额定值的1/3，需采用喷气增焓、双级压缩等技术提升性能。
2.4 空气源热泵（燃气吸收式热泵研发）
- 技术优势：替代燃气锅炉可提升热效率40%，配合空气源热泵适用于极寒天气调峰，小型化后可作为燃气壁挂炉的高效替代方案。
2.5 空气源热泵（除霜优化控制）
- 问题：现有除霜控制方法存在“无霜误除”和“有霜不除”问题。
- 新方法原理：建立霜层生长过程模型，在线辨识传热、传质系数，预测霜层厚度，精准优化除霜启动时间。
- 优化结果：霜层厚度达到1.5mm时启动除霜，模型预测准确度误差在10%以内。
2.6 热泵群组优化技术
- 应用效果：经A-B测试验证，节能优势达15%，核心算法已授权给霍尼韦尔、西门子等企业，实现规模化应用。
2.7 燃气锅炉群组优化控制
- 应用案例：为天津津安热电开发调峰锅炉房优化控制平台，年平均节省天然气5%，创造经济效益过亿元。
2.8 燃煤/生物质锅炉优化控制
- 问题：中小型热电联产机组人工调节为主，存在调控优化困境。
- 优化策略：基于燃烧、流体、热力、汽水系统动态模型，采用SAC（Soft Actor-Critic）强化学习模型，引入注意力机制，实现多目标优化。
- 优化结果：节煤空间约4～6%，显著提升运行效率。
3. 低碳供热系统网侧运行优化技术
3.1 热水供热管网动态仿真与优化控制
- 技术原理：水力模型与动态热力模型耦合迭代计算，实现热网非稳态温度、流量、压力的实时计算与优化。
- 应用效果：为热力公司节省数千万元燃料/购热成本，延长设备寿命。
3.2 蒸汽热网动态仿真与优化控制
- 核心1：实时仿真内核：精准模拟蒸汽流动、压降、温降和相变过程。
- 核心2：强化学习优化：在保证用户最低压力要求下，最小化总管损。
- 应用案例：已落地14个电厂。
4. 低碳供热系统控制的未来
- 技术融合：动态仿真+深度强化学习（DRL）解决复杂数值模型的高效优化求解。
- LLM应用：大型语言模型（LLM）+提示词工程+反馈写入，有潜力替代复杂人工调参操作，自动代码生成+编译调试能力或将重塑能源领域AI格局。
