本发明属于蓄热供热系统领域，尤其涉及一种全网分布式蓄热供热系统和方法。
背景技术：
目前在供热行业普遍以计划供热为主，且管网巨型化的背景下，供热生产存在过供、欠供，调节超前、滞后等问题，无法实现精细调节。未来供热生产要向用户自主调节方向发展，即根据用户用热需求，适时、适量供热。
热能供给侧与热能需求侧都存在不规律的波动，热能需求侧负荷波动主要受天气及人的行为因素影响，热能供给侧的热电联产受电网调度影响，工业余热受工业生产状况影响，可再生能源受气象等条件影响。热能供给侧与需求侧负荷波动产生的原理、时间不同，无法适时匹配，同时热网正向区域化、大型化发展，供热系统大延迟、强耦合、热惰性越来越严重，导致热网供给侧与需求侧热负荷失调，无法实现精准供热。
蓄热系统的应用是解决负荷适时匹配与按需用热的关键。目前较常见的应用形式为集中蓄热，即蓄热罐位于热源附近，对整个供热系统进行综合调节。随着供热管网规模的逐渐扩大，调节延滞效应逐渐增大，使得热源侧的调节延迟作用于用户侧，造成热力失调，影响供热质量；同时由于不同建筑或建筑群具有不同的负荷特性，集中蓄热不能根据负荷特性的不同分别对建筑的用热需求进行分配，而只能统一调节，灵活性差，不能充分发挥蓄热的优势。
技术实现要素：
为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提出一种全网分布式蓄热供热系统和方法，在用户、换热站、管网、可再生能源、热电厂、区域锅炉房等位置安装蓄热装置的新型供热系统，通过用户侧、管网侧、热源侧蓄热相结合的方式，解决热网延迟，热源生产与用户需求不平衡、不充分的问题，最终实现按需用热。
技术方案如下：
一种全网分布式蓄热供热系统，包括：供热系统、蓄热系统、控制系统和管控平台，所述供热系统和蓄热系统相连，所述控制系统分别连接供热系统和蓄热系统，所述管控平台连接所述控制系统；所述蓄热系统包括蓄热罐、电动关断阀、电动调节阀和循环水泵，所述蓄热罐的冷水端和热水端分别通过所述电动关断阀、电动调节阀和循环水泵接入所述供热系统。
进一步的，所述电动关断阀包括电动关断阀I和电动关断阀II，所述电动调节阀包括电动调节阀I、电动调节阀II和电动调节阀III，所述循环水泵包括循环水泵A和循环水泵B；所述电动调节阀I与所述循环水泵A并联连接，并联回路一端与所述蓄热罐的热水端连接、另一端与所述电动关断阀I连接；所述电动调节阀II与所述循环水泵B并联连接，并联回路一端与所述蓄热罐的冷水端连接、另一端与所述电动关断阀II连接；所述电动调节阀III一端连接热水端、另一端连接电动关断阀II的入口端。
进一步的，还包括分布式变频泵，所述电动调节阀III一端连接热水端、另一端通过所述分布式变频泵连接电动关断阀II的入口端。
进一步的，所述蓄热罐的形状为圆柱形或者方形。
进一步的，所述蓄热罐顶部设置有安全阀放气口和蒸汽进口，罐体内部设置有布水盘和喷嘴；所述蓄热罐设有保温层。
进一步的，所述保温层使用真空绝热板或者气凝胶。
进一步的，所述控制系统为PLC自控柜。
本发明还包括一种全网分布式蓄热供热方法，使用上述全网分布式蓄热供热系统，在用户侧、管网侧和热源侧安装所述蓄热系统。
进一步的，所述蓄热系统与一次网使用直接连接方式，蓄热系统与换热站连接进行供热，或者所述蓄热系统与一次网使用间接连接方式，当供热系统产生的热量多于用户端负荷需求时，蓄热罐蓄存多余的热量；当供热系统供热负荷不足时，蓄热罐与供热系统一同向用户供热。
进一步的，所述供热系统热源为热电厂、区域锅炉房、工业余热、太阳能、风/光电制热、地热、热泵中的一种或者多种。
本发明的有益效果是：
本发明所述的全网分布式蓄热供热系统和方法在用户、换热站、管网、可再生能源、热电厂、区域锅炉房等位置安装蓄热装置的新型供热系统，通过用户侧、管网侧、热源侧蓄热相结合的方式，既满足热源调峰需要，又具有调节范围缩小、距离用户更近、灵活性更强等特点，实现按需用热的有效方法，解决热网延迟，热源生产与用户需求不平衡、不充分的问题，最终实现按需用热；当热源生产能力过剩时，全网分布式蓄热装置蓄热，当热源生产无法满足用户用热需求时，蓄热装置再放热，与其它热源并网向用户供热。
热电厂蓄热，可实现热电解耦、“削峰填谷”，保证企业高效生产，避免调峰热源不必要的启停；可再生能源处蓄热，可充分利用可再生能源进行供热，减少弃风弃光，减少化石能源的使用；换热站、用户侧蓄热可增强供热系统对负荷的实时响应，避免过供浪费。
附图说明
图1是本发明热能供给与热能需求示意图；
图2是本发明全网分布式蓄热供热系统示例图；
图3是本发明蓄热罐基本构造及内部温度分布示意图；
图4是本发明真空绝热板示意图；
图5是本发明蓄热罐与一次网直接连接系统简图(1)；
图6是本发明蓄热罐与一次网直接连接系统简图(2)；
图7是本发明蓄热罐与一次网间接连接系统简图；
图8是本发明蓄能罐与一次网直接连接控制系统示意图；
图9是本发明智能管控平台模块示意图；
图中：1.电动关断阀I、2.电动调节阀I、3.电动调节阀III、4.电动调节阀II、5.电动关断阀II、6.循环水泵A、7.循环水泵B、8.分布式变频泵。
具体实施方式
下面结合附图1-9对全网分布式蓄热供热系统和方法做进一步说明。
一种全网分布式蓄热供热系统，包括：供热系统、蓄热系统、控制系统和管控平台，所述供热系统和蓄热系统相连，所述控制系统分别连接供热系统和蓄热系统，所述管控平台连接所述供热系统。
供热系统：
能源结构指能源总生产量或总消费量中各类一次能源、二次能源的构成及其比例关系。能源可按质量、能量密度分为高品位能源和低品位能源。
供热系统用低品位能源即可满足要求。现阶段热源以热电厂、区域锅炉房为主，以工业余热、太阳能、风/光电制热、地热、热泵等为辅。
蓄热系统：
全网分布式蓄热供热系统可在用户侧、管网侧、热源侧安装蓄热装置，既满足热源调峰需要，又具有调节范围缩小、距离用户更近、灵活性更强等特点，成为解决负荷波动与供热迟延，实现按需用热的有效方法。
全网分布式蓄热供热系统如图2所示(空心圆代表用户、换热站)。系统中可以存在多个热源，热源形式可以是热电厂、锅炉房等化石燃料驱动的热源，也可以是以风电制热、太阳能光热、土壤源等可再生能源热源。系统中用户既是用户，也可能同时提供污水源低品位热能或其它可回收热能，充当小型分布式热源。
蓄热有水(液体)蓄热、相变蓄热、固体蓄热。固体蓄热主要在电锅炉蓄热方面应用，相变蓄热存在腐蚀与老化问题，二者造价、技术难度较高，而热水蓄热装置构造简单、造价低，且安全可靠，因此全网分布式蓄热供热系统推荐采用热水蓄热罐蓄热。
热水蓄热罐分常压式与承压式两种。当蓄热温度高于98℃时，一般采用承压式蓄热罐。由于承压蓄热罐初投资高、安全性差，在集中供热系统中不常使用。工程中最常用的蓄热形式为常压蓄热，为了避免热水蒸发，要求热水温度不超过98℃。
蓄热罐的形状可选用圆柱形和方形。
从生产运行角度考虑，圆柱形蓄热罐表面积相对小、耗费钢材少、散热面小，易于布置，更加实用。圆柱形蓄热罐，表面积最小的情况是长宽比(高度和直径之比H/D)为1:1，但从操作、占地等方面考虑，长宽比应大于1.5。
分布式蓄热罐形状的选择应因地制宜，根据现场实际情况，按占地面积小、容积大的一般原则确定。
蓄热罐罐体外部进行一定的隔热保温，以将罐体向外界的散热量降低到最小。图3所示为蓄热罐的基本构造以及罐体内大致的温度分布。
蓄热水罐内部储存热水，水温不同，水的密度也不同。在一个足够大的容器中，由于重力原因，密度不同的冷热水形成了热水在上、冷水在下的分层现象。即使水在流动状态下，只要保证对雷诺数Re的控制，尽可能减少流动中冷热水的掺混，就有可能在冷热水交界面处形成一个具有一定厚度的温度过渡层，即斜温层。
当热源产热量大于用户用热量时，蓄热水罐进入蓄热状态。蓄热过程：高温水经由上部布水盘进入罐体，同时等容积的低温水通过下部布水盘流出罐体。在蓄热过程中，斜温层从热水入口处逐渐下降，最终消失。至此，蓄热过程完成。
当热源产热量小于用户用热量时，蓄热水罐进入放热状态。放热过程：由于外界用热需求，需要将蓄热罐内储存的热量释放出去。启动放热循环泵，低温水通过下部布水盘进入罐内，同时高温水通过上部布水盘流出，供给用户，斜温层随着释热过程的开始而逐渐上移，直至完全消失，释热过程结束。此时蓄热罐内充满了低温水，等待下一次蓄热过程的进行。
为避免蓄热水罐内的水溶解氧并将这些水带入热力网，降低热网水质，蓄热水罐内的液面上通常充入氮气或蒸汽，使蓄热水罐内的水与空气隔离。
蓄热罐中间保温可采用真空保温、气凝胶保温等。保温不当会降低蓄热罐的蓄热性能甚至导致蓄热罐内无法实现温度分层。罐底的保温材料应选用传热系数小、耐压强度好的保温材料。
(1)真空保温
真空绝热板是一种超绝热的保温材料。因它的导热系数极低，所以在满足相同保温技术要求时，具有保温层厚度薄体积小，重量轻的优点，适用于节能要求较高和要求保温材料体积小、重量轻、有较大技术经济意义的场合。
目前一般保温材料的导热系数为0.03W/m·K左右，真空绝热板的导热系数则为0.004W/m·K左右，厚度20mm左右。真空绝热板(VIP)的外观如图4所示。
(2)气凝胶保温
气凝胶是一种固体物质形态，世界上密度很小的固体之一。密度为3千克每立方米。一般常见的气凝胶为硅气凝胶。因为密度极低，目前最轻的气凝胶仅有0.16毫克每立方厘米，比空气密度略低，由于气凝胶中一般80％以上是空气，所以有非常好的隔热效果，一寸厚的气凝胶相当20至30块普通玻璃的隔热功能。
气凝胶的常温导热系数可以达到0.020W/m·K，是目前传统保温隔热材料中导热系数最低的。气凝胶保温材料能够达到防火等级A1级标准，不燃级别。
分布式蓄热罐仅作用于相应换热站所覆盖的供热区域(二次网)，主要设置在换热站处，方便管理和维护。
蓄热罐与一次网的连接方式分为两种——直接连接方式与间接连接方式。
(1)直接连接方式(电动调节阀系统)
蓄热罐与一次网的直接连接方式如图5所示。
蓄热罐蓄热时，电动关断阀I1和电动关断阀II5开启，开启电动调节阀I2、循环水泵B7，此时循环水泵A6及电动调节阀II4处于关闭状态。热网供水流经电动关断阀I1、电动调节阀I2后，与流经电动调节阀III3后的回水进行混合，混合后的水温为98℃，进入罐体。罐体底部的冷水经循环泵B7、电动关断阀II5输出罐体，进入热网回水管道，经热网循环泵回到基础热源。
蓄热罐放热时，电动关断阀I1和电动关断阀II5开启，关闭电动调节阀I2及循环水泵B7，开启电动调节阀II4及循环水泵A6。一部分冷水经电动关断阀II5、电动调节阀II4进入罐体，热水经循环泵A6输出罐体，进入热网供水管道；另一部分冷水经循环泵进入基础热源加热后进入热网供水管道。
(2)直接连接方式(分布泵系统)
如图6所示，包括分布式变频泵8，所述电动调节阀III3一端连接热水端、另一端通过所述分布式变频泵8连接电动关断阀II5的入口端。
(3)间接连接方式
蓄热罐与一次网的间接连接方式如图7所示。为避免蓄热罐对一次网的水力工况产生影响，蓄热罐与一次网采用间接连接。当热源产生的热量多于用户端负荷需求时，蓄热罐蓄存多余的热量；当热源供热负荷不足时，蓄热罐与热源一同向用户供热。
控制系统：
分布式蓄热控制系统设计应考虑与原有控制系统兼容、综合利用、统一规划。本节以常用的换热站蓄热系统为例，介绍控制系统的设计原理。
蓄热罐系统和换热站系统应该作为一个完整的系统来控制，针对不同的连接方式应该采取相应的控制策略。下面将蓄放热过程中的控制原理简单说明：
(1)把二次网根据气候补偿曲线确定的设定值TE201S作为开始蓄热和放热的条件。当TE201〉TE201S时蓄热罐开始蓄热，在蓄热的过程中控制系统始终保持TE201在TE201S附近，蓄热的速度由水泵B控制，同时控制电动调节阀2的开度来维持蓄热罐的液位保持不变；当TE201<TE201S时蓄热罐开始放热，在放热的过程中控制系统始终保持TE201在TE201S附近，放热的速度由水泵A控制，同时控制电动调节阀4的开度来维持蓄热罐的液位保持不变。在蓄放热的过程中通过控制电动调节阀9的开度使一次网流量F101保持不变。
(2)把蓄热罐的冷热水出口温度作为停止蓄热和放热的条件。在蓄热工况下，当蓄热罐冷水管温度TE106等于一网供水温度TE101时，停止蓄热；在放热工况下，当蓄热罐热水管温度TE105等于换热器二网回水温度TE104时，停止放热。
蓄热罐蓄热和放热工况下的控制是与热网和换热站的运行工况相互关联的，通过与换热站无人值守控制相结合，可以实现供热系统的平稳运行。
管控平台：
智能管控平台是以传感监测设备为基础，以物联网为底层技术、以系统集成为手段、以大数据分析为核心，实现全网分布式系统蓄热装置的科学管控。
智能管控平台结构图9所示。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。