基于改进遗传算法的环形蒸汽供热管网优化设计

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1、东南大学硕士学位论文了其城市集中供热的发展，都建立并发展了具有各自特色的供热技术，利用多种类型热源作为冬季供热之用，集中供热是各个城市的主要供热方式。日本集中供热(冷)发展始于上世纪70年代。其集中供热系统以小规模居多，热力管网相对简单，多用于办公楼等商业设施，用于住宅的比例仅有10％。近年来，日本集中供热系统发展较快，特别是以东京为中心的关东地区，在本世纪初已占日本国内的60％左右“31。我国的集中供热事业起步较晚，在五十年代才开始发展城镇集中供热事业，发展一直较为缓慢。改革开放之后，随着国民经济的快速发展和人民生活水

2、平的提高，集中供热作为一项节能环保的市政公用事业，得到了迅猛发展。不仅是一些有着传统供热习惯的北方城市，长江流域的一些城镇也在或正在积极发展集中供热[14-1S]。我国的产业政策已经确定将热电联产作为优先发展的产业。截至2003年底，我国的集中供热发展情况如表1．1所示u引：表1．1全国城市集中供热状况(1985．2003)1．3．2国内外供热管网优化设计的发展热网的优化主要围绕模型的建立和约束条件的无约束化处理来进行。与给水管网的优化设计相比，蒸汽供热管网的优化设计研究相对较少。对于热网优化设计，集中供热系统发展较早的

3、国家地区主要是北欧和前苏联等。由于这些国家对集中供热系统的研究起步较早，在集中供热系统的优化设计方面有一套比较成熟的理论和方法，并且大量地利用计算机进行供热系统的优化设计计算。六七十年代时，前苏联就开始用计算机研究多环热水管网的水力计算以及热网参数的优选问题，发表了许多计算热网水力工况的论文，并完成了实际用于优化供热系统的计算机软件¨"。欧洲大陆国家一般都在七十年代初建成了热网的水力工况计算机模拟模型，并用以计算相关的经济问题¨8。擂1。芬兰、丹麦等集中供热发达的北欧国家，大型供热系统的设计已经实现了计算机化，并拥有了能

4、够灵活应用于优化设计、系统分析和投资计算的软件系统。这些研究都是从本国的实际情况出发，根据资源情况及供热发展状况而进行的心¨¨。供热系统优化理论研究方面，国外一些学者已经进行了试图使得能量输送系统的总体消耗，即运行的费用和每年设备的投资费用最小化的研究幢}矧。在这些研究中提出了解决实际问题的模型，而这些模型可以用来作为区域供热和能源系统设计的基础幢劓。国内对供热系统的优化问题主要集中在对热力系统的研究，而对热网优化设计研究不多，可查到的研究成果也较少，而且基本上也是针对枝状管网的．系统地对环状热网设计的全局最优化设计进行

5、研究的更为少见。热水网的优化研究已经比较成熟，哈尔滨工业大学的邹平华等用模拟退火算法对供热管网进行优化设计，并开发有成熟的热水网路水力计算软件幢Ⅻ1。山东大学应用有限元法开发了供水的环状管网电算程序12"；对于以蒸汽为热媒的供热管网，由于蒸汽复杂的特性，对其研3第一章绪论究尚显不足，华南理工大学在考虑蒸汽密度变化的基础上建立了确定最佳蒸汽流速和保温层厚度的模型，并开发了长距离动力蒸汽管道的优化设计程序心引；东南大学等高校运用动态规划的数学方法作为优化策略联合开发了枝状蒸汽供热管网的优化设计软件，并应用到了工程实际中心引。

6、环状管网可提高系统运行的可靠性、经济性及灵活性，但目前在我国设计及实际运行的环状管网不多，对环状蒸汽供热管网的优化设计仍在探索阶段。1．4管网优化算法管网优化设计研究始于20世纪60年代末，最先在城市供水系统的规划设计中引起工程设计人员的重视。由于管网优化设计对整个系统的投资影响较大，所产生的经济效益和保证管网的运行可靠性也比较显著。因此，研究人员对管网优化设计方面的研究投入较多，其发展速度和取得成果均优于在管网优化布置方面进行的研究。经过近几十年的发展和完善，管网优化设计模型和算法均取得了很大的成就，在工程实践中得到了

7、广泛的应用，成为提高管网系统设计水平和设计效率的重要工具和方法。从公开发表文献来看，给水管网优化设计方面的研究明显比较成熟，而对其他诸如燃汽管网、供热管网等方面的研究略显不足。随着运筹学、数值计算、最优化理论和计算机科学技术的发展与推广使用，结合管网水力学特性，研究人员将多种优化技术和方法应用到管网设计方面，这其中主要包括线性规划、非线性规划、枚举法等等。近年来，随着遗传算法、模拟退火法、神经网络技术等智能算法的兴起，越来越多的学者用此来进行管网优化设计计算，应用智能算法进行管网系统优化研究，已成为网优化研究的一个新方向

8、。在实际应用中，由于优化设计的目的、所考虑的约束条件、管网结构类型、系统规模大小等因素的不同，构造出许多不同的优化模型，各种优化模型的实用性也有很大的差异。1．4．1传统算法l、枚举法枚举法(Enumerationmethod)是指对解空间内所有的可行解进行搜索，在管网优化设计中通过在用户指定的各组管径序列中对各个管