CN112669529B - 一种多梯级品位热能计费装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种多梯级品位热能计费装置，该装置中的第一温度传感器，采集供水管的供水温度，第二温度传感器，采集回水管的回水温度，流量计，采集热电厂在预定时段内生产、供给各个品位热能过程中，流过该装置的热水流量、起始时间、结束时间、热水的相对密度以及热水的质量比热容；多梯度积分积算仪基于上述参数以及已获取的单位热量基础热价、相对密度与质量比热容的综合修正系数、预定时段内不同供热时间段供给各个品位热能的时间修正系数、温度修正系数，使用多梯级品位热能计费公式，计算供给买热方的热能的热费。因此本发明提供的计费装置可以针对不同品质、不同时间段内的热量进行高效准确的热费计量。
Description
技术领域
本发明属于供热计量领域，具体涉及一种多梯级品位热能计费装置。
背景技术
热能作为人们现代生活必不可少的一种能量，可以转化为电能被人们使用或者供人们生活供暖所用。热能是热电厂通过热电联产的生产模式，以锅炉产生的蒸汽热能以及凉水塔或空冷岛散到大气中的热能为主汇聚而成。
鉴于热能梯级品质原因以及其产生成本，蒸汽热能属于高温高品位热量、凉水塔或空冷岛散到大气中的热量属于低温低品位的热量。在现实生活中，热电厂按照总热量供给供热公司，供热公司供给用户，并按照总热量收费；对于用户而言，用户只能对自己所使用的总热量感知，按照总热量给供热公司付费，对于自己所使用的热量的品质并未有过多的要求。
低温低品位的热量是生产高温高品位热量的衍生品，如果只采用低温低品位的热量为用户提供热量，实际不能实现；如果热电厂只使用高温高品位热量为用户提供热量时，其成本随之上升，因此热电厂常常采用混合热量。热电厂生产不同品质的热量的制热成本不同，同时在不同时间段制热也不同，而由于一些硬性要求，热电厂收取的费用确没有随着成本上升。对于用户而言，用户希望热电厂能根据自己的实际需求提高适宜的热量，以能满足需求的同时，降低使用成本。
现有技术中买热方与热电厂使用可以计量总热能的热量表，该热量表在测量热能时，不能区分热量是低品位热量还是高品位热量，且各种品位热量所占比例也不能区分，同时该热量表只能实现计量不能统计。因此丞待一种针对不同品质、不同时间段内的热量比例的热费计量表。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种多梯级品位热能计费装置。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
本发明提供的一种多梯级品位热能计费装置包括：多梯度积分积算仪1，第一温度传感器2、第二温度传感器3以及流量计4，所述第一温度传感器2安装在热电厂的供水管上，所述第二温度传感器3以及流量计4安装在热电厂的回水管上，所述多梯度积分积算仪1分别与所述第一温度传感器2、第二温度传感器3以及流量计4相连，
所述第一温度传感器2，用于采集热电厂在预定时段内供给各个品位热能过程中，供水管的供水温度，并将所述供水温度传输给所述多梯度积分积算仪1；
所述第二温度传感器3，用于采集热电厂在预定时段内供给各个品位热能过程中，回水管的回水温度，并将所述回水温度传输给所述多梯度积分积算仪1；
所述流量计4，用于采集热电厂在预定时段内生产、供给各个品位热能过程中，流过自身的热水流量、体积流量、起始时间、结束时间、热水的相对密度以及热水的质量比热容；
所述多梯度积分积算仪1，用于基于已获取的单位热量基础热价、所述相对密度与质量比热容的综合修正系数、预定时段内生产、供给各个品位热能的时间修正系数、各个品位热能的温度修正系数以及所述供水管的供水温度、回水管的回水温度、流经流量计4的热水流量、体积流量、热水的质量比热容、热水流经流量计4的起始时间、热水流经流量计4的结束时间以及流经流量计4的热水的相对密度，使用多梯级品位热能计费公式，计算供给买热方的热能的热费；
所述多梯级品位热能计费公式为：
其中，表示修正后的热费，P0表示单位热量基础热价，f(tg,th)表示各个品位热源的温度修正系数，f(τ)表示预定时段内不同时间段的时间修正系数，tg表示供水管的供水温度，th表示热电厂回水管的回水温度，单位为℃；K表示相对密度与质量比热容的综合修正系数；ρ表示流经流量计的热水密度，单位为kg/m3；c表示热水的质量比热容，c＝4178J/(kg·℃)；qv表示流经流量计的热水的体积流量，单位为m3/s；τ1表示热水在所划分时间段内流经流量计的起始时间，单位为秒；τ2表示在所划分时间段内热水流经流量计结束时间，单位为s；τ表示时间段。
可选的，所述多梯度积分积算仪1，进一步用于：
按照各个品位热能的回水温度的最小值与最大值，确定回水温度的温度梯级；
确定在每个温度梯级下各个位品热能的温度修正系数。
可选的，所述多梯度积分积算仪1，进一步用于：
基于回水温度的最大值以及最小值，确定回水温度区间；
当回水管的回水温度小于所述回水温度区间内的最小值时，则回水管的回水温度的温度梯级为第一梯级；
当回水管的回水温度属于在所述回水温度区间内时，则回水管的回水温度的温度梯级为第二梯级；
当回水管的回水温度大于所述回水温度区间内的最大值时，则回水管的回水温度的温度梯级为第三梯级。
可选的，多梯度积分积算仪1，进一步用于：
使用温度修正系的计算公式，确定在每个温度梯级下各个位品热能的温度修正系数，所述温度修正系数的计算公式为：
其中，f(th)表示在供水温度一定时，不同品位热能的温度修正系数；Pi表示热电厂与买热方结算的不同品位热能的单位热量热价，单位为元/GJ；th,max表示各个品位热能的回水温度的最大值，th,min表示各个品位热能的回水温度的最小值。
可选的，所述多梯度积分积算仪1，进一步用于：
基于热负荷的变化，将供热时间段分为峰值时段、谷值时段以及平均值时段；
确定各个时间段的时间修正系数。
可选的，所述多梯度积分积算仪1进一步用于：
使用时间修正系数的计算公式，确定各个时间段的时间修正系数，时间修正系数的计算公式为：
其中，
分为
以及
τ分为τa、τh以及τl，
表示热负荷平值时间段内的单位时间平均热负荷，单位为GJ/h；
表示热负荷峰值时间段内的单位时间平均热负荷,单位为GJ/h；
表示热负荷谷值时间段内的单位时间平均热负荷，单位为GJ/h；
表示平值时间段τa内的累计热负荷，单位为GJ；
表示峰值时间段τh内的累计热负荷，单位为GJ；
表示谷值时间段τl内的累计热负荷；单位为GJ；Δτ分为τa1-τa2，τh1-τh2以及τl1-τl2。
本发明实施例提供的一种多梯级品位热能计费装置，该装置中的第一温度传感器，采集供水管的供水温度，第二温度传感器，采集回水管的回水温度，流量计，采集热电厂在预定时段内生产、供给各个品位热能过程中，流过自身的热水流量、起始时间、结束时间、热水的相对密度以及热水的质量比热容；多梯度积分积算仪，上述参数以及已获取的单位热量基础热价、相对密度与质量比热容的综合修正系数、预定时段内不同供热时间段生产、供给各个品位热能的时间修正系数、温度修正系数，使用多梯级品位热能统计公式，计算供给买热方的热能的热费。因此本发明实施例提供的统计装置可以针对不同品质、不同时间段内的热能进行高效准确的热费计量。以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种多梯级品位热能计费装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例一
如图1所示，本发明实施例提供的一种多梯级品位热能计费装置，包括：
多梯度积分积算仪1，第一温度传感器2、第二温度传感器3以及流量计4，所述第一温度传感器2安装在热电厂的供水管上，所述第二温度传感器3以及流量计4安装在热电厂的回水管上，所述多梯度积分积算仪1分别与所述第一温度传感器2、第二温度传感器3以及流量计4相连，
所述第一温度传感器2，采集热电厂在预定时段内生产、供给各个品位热能过程中，供水管的供水温度，并将所述供水温度传输给所述多梯度积分积算仪1；
所述第二温度传感器3，采集热电厂在预定时段内生产、供给各个品位热能过程中，回水管的回水温度，并将所述回水温度传输给所述多梯度积分积算仪1；
所述流量计4，采集热电厂在预定时段内生产、供给各个品位热能过程中，流过自身的热水流量、体积流量、起始时间、结束时间、热水的相对密度以及热水的质量比热容；
所述多梯度积分积算仪1，基于已获取的单位热量基础热价、相对密度与质量比热容的综合修正系数、预定时段内不同供热时间段生产、供给各个品位热能的时间修正系数、各个品位热能的温度修正系数以及所述供水管的供水温度、回水管的回水温度、流经流量计4的热水流量、体积流量、热水的质量比热容、热水流经流量计4的起始时间、热水流经流量计4的结束时间以及流经流量计4的热水的相对密度，使用多梯级品位热能统计公式，计算供给买热方的热能的热费；
所述多梯级品位热能统计公式为：
其中，表示修正后的热费，P0表示单位热量基础热价，f(tg,th)表示各个品位热源的温度修正系数，f(τ)表示预定时段内不同时间段的时间修正系数，tg表示供水管的供水温度，th表示电厂回水管的回水温度，单位为℃；K表示相对密度与质量比热容的综合修正系数；ρ表示流经流量计的热水密度，单位为kg/m3；c表示热水的质量比热容，c＝4178J/(kg·℃)；qv表示流经流量计的热水的体积流量，单位为m3/s；τ1表示热水流经热表的起始时间，单位为s；τ2表示热水流经热表的结束时间，单位为s；τ表示供热时间段。
本发明实施例提供的一种多梯级品位热能计费装置，该装置中的第一温度传感器，采集供水管的供水温度，第二温度传感器，采集回水管的回水温度，流量计，采集热电厂在预定时段内生产、供给各个品位热能过程中，流过该装置的热水流量、起始时间、结束时间、热水的相对密度以及热水的质量比热容；多梯度积分积算仪1，基于第一温度传感器、第二温度传感器、流量计采集的参数以及已获取的单位热量基础热价、相对密度与质量比热容的综合修正系数、预定时段内不同供热时间段生产、供给各个品位热能的时间修正系数、温度修正系数，使用多梯级品位热能计费公式，计算供给买热方的热能的热费。因此本发明实施例提供的统计装置可以针对不同品质、不同时间段内的热能进行计费，当供热方案改变以满足买热方需求时，热费也随之改变，可以满足不同地域的供热需求，实现高效准确的计量。
实施例二
作为本发明可选的一种实施例，所述多梯度积分积算仪1，进一步用于：
按照各个品位热能的回水温度的最小值与最大值，确定回水温度的温度梯级；
确定在每个温度梯级下各个位品热能的温度修正系数。
可以理解，高品位的热能，供水温度越高，电厂投入成本越高。低品位的热能，供水温度越低，电厂投入成本越低。回水温度越低，蒸汽冷凝水温度越低，锅炉的运行效率越高，低品位余热的回收利用率就越高。因此需要综合考虑热能的利用效率与成本投入，因此供水管的供水温度与回水管的回水温度是影响热价的因素。回水温度越低，对买热方而言，一方面使得热量交换热量程度更剧烈，热量利用效率更高，输送的电耗也越小，低品位余热的回收利用率就越高；由于买热方要额外投入能源站大温差机组来降低回水温度，买热方的成本变高了，考虑卖热方电厂与供热公司均对回水温度有要求，并鼓励电厂对低品位热能的回收利用，本发明仅考虑回水温度。因此本发明通过引入温度修正系数进行热价的修正，可以提高热电厂热能的利用效率，以此降低投入成本的，同时热价的修正也利于降低买热方的买热成本。
实施例三
作为本发明可选的一种实施例，所述多梯度积分积算仪1，进一步用于：
基于回水温度的最大值以及最小值，确定回水温度区间；
当回水管的回水温度小于所述回水温度区间内的最小值时，则回水管的回水温度的温度梯级为第一梯级；
当回水管的回水温度属于在所述回水温度区间内时，则回水管的回水温度的温度梯级为第二梯级；
当回水管的回水温度大于所述回水温度区间内的最大值时，则回水管的回水温度的温度梯级为第三梯级。
其中，回水温度区间为的不同品位热能的回水温度最小值与最大值组成的温度区间。
可以理解，本发明将电厂的回水温度th划分三个不同梯级，分别为：
第一梯级：当回水温度th小于的不同品位热能的回水温度最小值th,min，即th＜th,min；
第二梯级：当回水温度th大于等于的不同品位热能的回水温度最小值th,min，并且小于等于的不同品位热能的回水温度最大值th,max，即th,min≤th≤yh,max；
第三梯级：当回水温度th大于的不同品位热能的回水温度最大值th,max，即th＞th,max。
实施例四
作为本发明可选的一种实施例，所述多梯度积分积算仪1，进一步用于：
使用温度修正系的计算公式，确定在每个温度梯级下各个位品热能的温度修正系数，所述温度修正系数的计算公式为：
其中，f(th)表示在供水温度一定时，不同品位热能的温度修正系数；Pi表示热电厂与买热方结算的不同品位热能的单位热量热价，单位为元/GJ；th,max表示各个品位热能的回水温度的最大值，th,min表示各个品位热能的回水温度的最小值。
通过上述温度修正系数的计算公式可以得出不同梯级品位热能的温度修正系数f(th)随回水温度th呈线性变化，将上述温度修正系数的计算公式进行转化，则不同梯级品位热能的温度修正系数f(th)计算公式为：
根据上述计算公式，即可确定不同梯级品位热能的温度修正系数f(tg,th)。
实施例五
作为本发明可选的一种实施例，所述多梯度积分积算仪1进一步用于：
基于热负荷的变化，将供热时间段分为峰值时段、谷值时段以及平均值时段；
确定各个时间段的时间修正系数。
本发明的所述多梯度积分积算仪1按照热负荷将供热时间段τ划分为三个不同时段：峰值时段、谷值时段和平均值时段，对不同时段分别统计。
峰值时段τh：当用热时间τ在电厂的热负荷峰值时间段内，即τh1≤τ≤τh2；
谷值时段τl：当用热时间τ在电厂的热负荷谷值时间段内，即τl1≤τ≤τl2；
平均值时段τa：当用热时间τ在电厂的热负荷平值时间段内，即τa1≤τ≤τa2；
热电厂通过热电联产机组，使机组发电的同时还能实现供热。受用户用电习惯的影响，热电厂每天24h电网的负荷随时波动，受电网调度要求，当用户的用电量降低，电网处于低负荷时，为调节发电量，热电联产机组被迫低负荷参与电网调峰。因热电联产机组供热能力和供电能力相互耦合关系，热电联产机组在电力低负荷运行时供热能力将明显下降，导致热负荷不能满足需求，出现了电力供大于求、热力供小于求得热电供需矛盾，因此根据热负荷时间τ作为影响热价的因素，对供热时间段进行区分，可以有效缓解热电供需矛盾，有效改变用户侧的用热方式，达到移峰填谷的作用。
实施例六
作为本发明可选的一种实施例，所述多梯度积分积算仪1进一步用于：
使用时间修正系数的计算公式，确定各个时间段的时间修正系数，时间修正系数的计算公式为：
其中，
分为
以及
τ分为τa、τh以及τl，
表示热负荷平值时间段内的单位时间平均热负荷，单位为GJ/h；
表示热负荷峰值时间段内的单位时间平均热负荷,单位为GJ/h；
表示热负荷谷值时间段内的单位时间平均热负荷，单位为GJ/h；
表示平值时间段τa内的累计热负荷，单位为GJ；
表示峰值时间段τh内的累计热负荷，单位为GJ；
表示谷值时间段τl内的累计热负荷；单位为GJ；Δτ分为τa1-τa2，τh1-τh2以及τl1-τl2。
将上述时间修正系数的计算公式转化，则上述时间修正系数的计算公式为：
下面以实际情况的示例方式，介绍本发明实施例提供的一种多梯级品位热能计费装置的计量过程。
示例1
通过梯级品位热能计费公式可以提供给买热方的热费，所述梯级品位热能统计公式为：
但由于回水温度变化，以及不同时段需要对热费进行修正。
某市当地供暖季为11月15日至3月15日，买热方为热力公司，基础热价为37.5元/GJ，回水温度th高于40℃时，此时的热价为热电厂原有基础热价P0。当回水温度th低于40℃时，即回水温度th较低时，供热公司投入了大温差换热机组，使回水温度th降低，此时热力公司应少缴费，故温度修正系数f(tg,th)相应减小。该热电厂与热力公司协议约定，当回水温度th低于10℃时，为弥补热力公司的大温差换热机组投入成本，此时的温度修正系数f(tg,th)为0，热力公司不缴热费。
因此，本发明的温度修正系数f(tg,th)的具体取值如下式所示：
本发明实施例将热电厂的回水温度th划分三个不同梯级，分别为：
第一梯级：th＜40；
第二梯级：10≤th≤40；
第三梯级：th＞40。
第一梯级：当回水温度Th小于热电厂与供热公司协定的不同品位热能的回水温度最小值10，即Th<10；
第二梯级：当回水温度th大于等于热电厂与供热公司协定的不同品位热能的回水温度最小值10，并且小于等于电厂与供热公司协定的不同品位热能的回水温度最大值40，即10≤th≤40；
第三梯级：当回水温度th大于热电厂与供热公司协定的不同品位热能的回水温度最大值40，即th＞40。
该热电厂生产的不同梯级品位热能的成本与回水温度th呈线性变化，热价的温度修正系数f(tg,th)随回水温度th呈线性变化，具体不同梯级品位热能的单位热量成本计算如下式：
通过上述公式,可得出不同梯级品位热能的温度修正系数f(tg,th)的计算式：
上述为确定不同梯级品位温度修正系数f(tg,th)的方法，至此可得出本发明中不同梯级品位热能的单位热量成本与回水温度th呈线性变化时的温度修正系数f(tg,th)，如下表1所示。
表1
统计某市冬季每日24h热负荷的变化情况，根据不同时间段的热负荷大小将该市每日的供热时间段τ划分为三个不同时段，如表2所示：
表2
根据不同时间段τ内的时间修正系数f(τ)的计算公式，可计算得出不同时间段内单位时间平均热负荷：
因此，不同时间段τ内的时间修正系数f(τ)的计算公式如下：
因此根据供给买热方的热能的热费计算公式，在确定上述参数情况下，即可计算出供给买热方的热能的热费。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
尽管在此结合各实施例对本申请进行了描述，然而，在实施所要求保护的本申请过程中，本领域技术人员通过查看所述附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现所述公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种多梯级品位热能计费装置，其特征在于，包括：多梯度积分积算仪(1)，第一温度传感器(2)、第二温度传感器(3)以及流量计(4)，所述第一温度传感器(2)安装在热电厂的供水管上，所述第二温度传感器(3)以及流量计(4)安装在热电厂的回水管上，所述多梯度积分积算仪(1)分别与所述第一温度传感器(2)、第二温度传感器(3)以及流量计(4)相连，
所述第一温度传感器(2)，用于采集热电厂在预定时段内供给各个品位热能过程中，供水管的供水温度，并将所述供水温度传输给所述多梯度积分积算仪(1)；
所述第二温度传感器(3)，用于采集热电厂在预定时段内供给各个品位热能过程中，回水管的回水温度，并将所述回水温度传输给所述多梯度积分积算仪(1)；
所述流量计(4)，用于采集热电厂在预定时段内生产、供给各个品位热能过程中，流过自身的热水流量、体积流量、起始时间、结束时间、热水的相对密度以及热水的质量比热容；
所述多梯度积分积算仪(1)，用于基于已获取的单位热量基础热价、相对密度以及质量比热容的综合修正系数、预定时段内生产、供给各个品位热能的时间修正系数、各个品位热能的温度修正系数以及所述供水管的供水温度、回水管的回水温度、流经流量计(4)的热水流量、体积流量、热水的质量比热容、热水流经流量计(4)的起始时间、热水流经流量计(4)的结束时间以及流经流量计(4)的热水的相对密度，使用多梯级品位热能计费公式，计算供给买热方的热能的热费；
所述多梯级品位热能计费公式为：
其中，P表示修正后的热费，P0表示单位热量基础热价，f(tg，th)表示各个品位热源的温度修正系数，f(τ)表示预定时段内不同时间段的时间修正系数，tg表示供水管的供水温度，th表示热电厂回水管的回水温度，单位为℃；K表示相对密度与质量比热容的综合修正系数；ρ表示流经流量计的热水密度，单位为kg/m3；c表示热水的质量比热容，c＝4178J/(kg·℃)；qv表示流经流量计的热水的体积流量，单位为m3/s；τ1表示热水在所划分时间段内流经流量计的起始时间，单位为秒；τ2表示在所划分时间段内热水流经流量计结束时间，单位为s；τ表示时间段。
2.根据权利要求1所述的多梯级品位热能计费装置，其特征在于，所述多梯度积分积算仪(1)，进一步用于：
按照各个品位热能的回水温度的最小值与最大值，确定回水温度的温度梯级；
确定在每个温度梯级下各个位品热能的温度修正系数。
3.根据权利要求2所述的多梯级品位热能计费装置，其特征在于，所述多梯度积分积算仪(1)，进一步用于：
基于回水温度的最大值以及最小值，确定回水温度区间；
当回水管的回水温度小于所述回水温度区间内的最小值时，则回水管的回水温度的温度梯级为第一梯级；
当回水管的回水温度属于在所述回水温度区间内时，则回水管的回水温度的温度梯级为第二梯级；
当回水管的回水温度大于所述回水温度区间内的最大值时，则回水管的回水温度的温度梯级为第三梯级。
4.根据权利要求2所述的多梯级品位热能计费装置，其特征在于，所述多梯度积分积算仪(1)，进一步用于：
使用温度修正系的计算公式，确定在每个温度梯级下各个位品热能的温度修正系数，所述温度修正系数的计算公式为：
其中，f(th)表示在供水温度一定时，不同品位热能的温度修正系数；Pi表示热电厂与买热方结算的不同品位热能的单位热量热价，单位为元/GJ；th，max表示各个品位热能的回水温度的最大值，th，min表示各个品位热能的回水温度的最小值。
5.根据权利要求1所述的多梯级品位热能计费装置，其特征在于，所述多梯度积分积算仪(1)，进一步用于：
基于热负荷的变化，将供热时间段分为峰值时段、谷值时段以及平均值时段；
确定各个时间段的时间修正系数。
6.根据权利要求5所述的多梯级品位热能计费装置，其特征在于，所述多梯度积分积算仪(1)进一步用于：
使用时间修正系数的计算公式，确定各个时间段的时间修正系数，时间修正系数的计算公式为：
其中，
分为
以及
τ分为τa、τh以及τl，
表示热负荷平值时间段内的单位时间平均热负荷，单位为GJ/h；
表示热负荷峰值时间段内的单位时间平均热负荷，单位为GJ/h；
表示热负荷谷值时间段内的单位时间平均热负荷，单位为GJ/h；
表示平值时间段τa内的累计热负荷，单位为GJ；
表示峰值时间段τh内的累计热负荷，单位为GJ；
表示谷值时间段τl内的累计热负荷；单位为GJ；Δτ分为τa1-τa2，τh1-τh2以及τl1-τl2。
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