基于工業(yè)集中供熱的智慧供熱系統(tǒng)技術(shù)及應(yīng)用

吳卿暉

（福建晉江熱電有限公司，福建 泉州 362200）

1 引言

隨著大氣環(huán)境污染問題日益嚴峻，越來越多城市大力發(fā)展工業(yè)集中供熱。但是，由于種種原因，集中供熱管網(wǎng)系統(tǒng)的智慧化發(fā)展卻較為滯后，在供熱經(jīng)濟性和安全性方面未取得很好的平衡，管理上也缺少精細化和智慧化的管理手段。近年來，伴隨著電子檢測技術(shù)的進步、信息技術(shù)的發(fā)展以及大數(shù)據(jù)時代的到來，通過智慧供熱系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用，有望滿足工業(yè)集中供熱安全、經(jīng)濟、節(jié)能、環(huán)保、減員等多方面的需求。

2 目前中國集中供熱系統(tǒng)存在的主要問題

隨著藍天保衛(wèi)戰(zhàn)的打響，取締小鍋爐，集中工業(yè)供熱成為趨勢，但集中供熱發(fā)展過程中，卻始終存在著規(guī)劃建設(shè)管道與實際需求不匹配、規(guī)劃路線變更、企業(yè)新增或搬離等現(xiàn)象，造成集中供熱管網(wǎng)系統(tǒng)存在管線分布復(fù)雜、敷設(shè)距離遠、用戶分布廣等情況，目前集中供熱系統(tǒng)主要存在以下一些問題。

2.1 供熱協(xié)調(diào)控制難度大

供熱系統(tǒng)中的各個環(huán)節(jié)并不是相互隔離獨立的，而是相互存在關(guān)聯(lián)和交互，管網(wǎng)的各個環(huán)節(jié)的聯(lián)動實現(xiàn)了供熱系統(tǒng)的動態(tài)平衡。

傳統(tǒng)的供熱系統(tǒng)由于缺少監(jiān)測點等關(guān)鍵信息，基本是由熱負荷需求來調(diào)整供熱量，加上管網(wǎng)不確定、波動性、大滯后等特性，供熱協(xié)調(diào)控制難度大，不能實現(xiàn)系統(tǒng)本身的自我調(diào)控。

2.2 硬件設(shè)施落后

供熱管網(wǎng)的建設(shè)時間普遍較長，許多熱力傳輸管網(wǎng)、減溫減壓裝置、疏水閥門等主要設(shè)施老舊情況嚴重，很多地方銹跡斑斑，無法實現(xiàn)管網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的在線監(jiān)測和控制，整個系統(tǒng)運行需要大量的人力資源，供熱信息的記錄流于形式，信息數(shù)據(jù)的歸檔和分析也就無從談起。

2.3 系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)關(guān)聯(lián)性差

工業(yè)熱網(wǎng)系統(tǒng)主要由熱源點、供熱管網(wǎng)、熱用戶組成，這些構(gòu)成要素間相互影響，不可剝離。整個系統(tǒng)的熱源供應(yīng)能力、管網(wǎng)分布、用戶分布、設(shè)備組成等各環(huán)節(jié)需要實現(xiàn)互動與信息的交換，否則終端運行環(huán)節(jié)的信息反饋不到前端，也就起不到通過信息共享來優(yōu)化改善系統(tǒng)的效果。

2.4 運行存在安全隱患

由于集中供熱管網(wǎng)普遍敷設(shè)距離長，管網(wǎng)交錯復(fù)雜，管線敷設(shè)既有采用架空方式的敷設(shè)，也有采用埋地方式的敷設(shè)，管網(wǎng)安全運行面臨嚴峻挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)熱網(wǎng)系統(tǒng)對管道安全運行的監(jiān)測行為仍停留在定期巡檢，無法實現(xiàn)實時監(jiān)測，也無法做到從被動應(yīng)對轉(zhuǎn)為主動防范。

2.5 熱用戶管理難度大

工業(yè)集中供熱的用戶遍布周邊工業(yè)園區(qū)，分布于各行各業(yè)，不同用戶的淡旺季時間和晝夜用汽方式差別很大，傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)無法針對不同情況進行合理定價和供汽，從而導(dǎo)致不同用戶享受的服務(wù)不同。用戶的不規(guī)范用汽行為和收費困難等問題也需要通過智慧供熱系統(tǒng)進行精細化規(guī)范。

基于以上傳統(tǒng)供熱系統(tǒng)存在的不足，智慧供熱系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)運而生。相比較于傳統(tǒng)的熱力系統(tǒng)，智慧供熱系統(tǒng)通過應(yīng)用大數(shù)據(jù)，以供熱信息化和自動化為基礎(chǔ)，實現(xiàn)了熱力供需平衡、智能化、高效化的管控系統(tǒng)。

3 智慧供熱系統(tǒng)技術(shù)的系統(tǒng)構(gòu)成與特點

3.1 智慧供熱系統(tǒng)的構(gòu)成

硬件方面，智慧供熱系統(tǒng)主要由溫度、流量、壓力、振動、位移等各類信息采集裝置以及智能調(diào)節(jié)閥、智能監(jiān)控攝像頭、巡檢無人機、無線通信設(shè)備等設(shè)施組成。共同構(gòu)成了供熱系統(tǒng)熱源點、供熱管網(wǎng)、熱用戶全過程各環(huán)節(jié)狀態(tài)的在線測量與調(diào)控手段，為系統(tǒng)協(xié)調(diào)統(tǒng)籌優(yōu)化運行提供了可能。

軟件方面，智慧供熱系統(tǒng)主要包含遠程抄表系統(tǒng)、GIS地理信息系統(tǒng)、巡檢系統(tǒng)、安全管理、用戶管理、設(shè)備管理、互聯(lián)網(wǎng)云系統(tǒng)、計量收費系統(tǒng)、負荷預(yù)測協(xié)調(diào)系統(tǒng)、能耗損失監(jiān)控系統(tǒng)等子系統(tǒng)。這些子系統(tǒng)中的信息會通過互聯(lián)網(wǎng)共享到整個供熱網(wǎng)絡(luò)中，為整個熱網(wǎng)的智能化運行提供基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)支持。

3.2 智慧供熱系統(tǒng)技術(shù)的特點

智慧工業(yè)供熱系統(tǒng)的建設(shè)以信息系統(tǒng)與物理系統(tǒng)深度融合為技術(shù)路徑，具有自感知、自診斷、自優(yōu)化特征，能夠支撐供熱系統(tǒng)運行過程中人的思考決策。系統(tǒng)運行時將各個子系統(tǒng)中的信息共享讀取，全面而深入地掌握供熱系統(tǒng)中方方面面的信息，根據(jù)管網(wǎng)供熱能力、熱用戶淡旺季和晝夜用量變化等因素，在計算機上對用戶的熱能需求進行模擬，智能控制熱源的熱力供應(yīng)大小，從而實現(xiàn)熱能的智能化、個性化供應(yīng)。同時，各類信息互聯(lián)互通，也為安全監(jiān)測、用戶管理、設(shè)備管理提供智慧化升級空間。智慧供熱系統(tǒng)技術(shù)主要有以下一些特點。

從整體系統(tǒng)的角度看，將熱源、熱網(wǎng)以及用戶有機結(jié)合起來，實行統(tǒng)一調(diào)控，在智慧熱網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)實行“宏觀調(diào)控”，進而對不同等級能耗進行分析研究，達到降低成本的目的。

以云計算技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)為工具，實現(xiàn)供熱系統(tǒng)的負載預(yù)算、熱源生產(chǎn)的仿真、熱力管道情況的實時監(jiān)測，最后分析監(jiān)測到的結(jié)果，并通過機爐協(xié)調(diào)控制、降溫減壓裝置、智能調(diào)節(jié)閥設(shè)備等實現(xiàn)系統(tǒng)的智能調(diào)節(jié)，平衡熱力系統(tǒng)的供需平衡。

實時監(jiān)測供熱系統(tǒng)的工作情況，出現(xiàn)異常情況時自動報警，信息采集終端會進行報警信息的讀取和分析，提供異常解決措施，并根據(jù)安全性和可靠性要求，切換或剔除一部分設(shè)備，從而保證供熱系統(tǒng)持續(xù)穩(wěn)定運行。

借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，智慧熱網(wǎng)的管理人員不必再到現(xiàn)場，而是可以通過移動終端訪問智慧熱網(wǎng)系統(tǒng)，調(diào)閱整個熱力供應(yīng)系統(tǒng)中各個監(jiān)測點的工作情況記錄、用戶能耗等，系統(tǒng)運行的異常記錄也會發(fā)送到相關(guān)部門，以便對供熱系統(tǒng)進行優(yōu)化升級和改造，進一步提升供熱系統(tǒng)的安全性、經(jīng)濟性、智能性。

智能監(jiān)控攝像頭、無人巡檢機器人、遠程控制閥門等熱網(wǎng)組件的出現(xiàn)，彌補了傳統(tǒng)供熱管網(wǎng)管理方式的不足，打破了以往供熱系統(tǒng)的技術(shù)壁壘，使供熱模式由粗獷式向精細式過渡，提升了對供熱系統(tǒng)的管控水平。

4 智慧供熱系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展

通過監(jiān)控?zé)峋W(wǎng)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的參數(shù)，將各物理系統(tǒng)和信息系統(tǒng)有效協(xié)調(diào)起來，實現(xiàn)智慧化升級，其技術(shù)的應(yīng)用場景主要包括以下幾個方面。

4.1 熱源點

在所有的熱力供應(yīng)機組與熱網(wǎng)管道出口位置安裝流量、溫度、壓力傳感器和能耗計量設(shè)備等，準確獲得熱網(wǎng)各環(huán)節(jié)的信息動態(tài)。采用“基于模型做預(yù)測，基于預(yù)測做決策”的技術(shù)路線構(gòu)建大數(shù)據(jù)分析的負荷預(yù)測協(xié)調(diào)系統(tǒng)，利用建立供熱系統(tǒng)的模型，以預(yù)測模型為中樞神經(jīng)紐帶，周期性對供熱系統(tǒng)進行全局統(tǒng)籌和協(xié)調(diào)控制，解決強耦合、大延遲的調(diào)控難題。優(yōu)化供熱出口的數(shù)據(jù)設(shè)定和對熱源機組的效率進行跟蹤，分析供熱系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的能量流失率和系統(tǒng)的整體工作效率，優(yōu)化熱源供應(yīng)與供熱需求之間的供需關(guān)系。

4.2 供熱管網(wǎng)

在埋地管道重點部位如排潮管、橋梁、桁架、管線末端、人口密集區(qū)等重點監(jiān)控區(qū)域，對管道振動、溫度、位移狀態(tài)數(shù)據(jù)進行采集，并通過布置智能監(jiān)控攝像頭對蒸汽跑冒滴漏現(xiàn)象、人員危險行為、管道末端疏水異常等問題進行實時報警。

利用GIS 地理信息及巡檢系統(tǒng)，通過人員路線規(guī)劃巡檢或無人機巡檢的方式，將供熱管網(wǎng)設(shè)備缺陷等異常信息及時錄入系統(tǒng)，聯(lián)動設(shè)備臺賬系統(tǒng)，形成檢修計劃及故障統(tǒng)計。在安全運行指導(dǎo)、故障診斷分析技術(shù)的幫助下，為供熱管網(wǎng)安全、經(jīng)濟、穩(wěn)定運行保駕護航。

4.3 熱用戶

在供熱管網(wǎng)運行蜂蜜，利用終端計量裝置測量熱用戶接入管道的蒸汽溫度、壓力及流量，并將記錄到的蒸汽狀態(tài)參數(shù)同步到熱網(wǎng)管理中心，熱網(wǎng)信息處理中心再將收集到的信息與目標值進行對比，判斷當前熱力供應(yīng)是否需要調(diào)節(jié)。某一用戶端出現(xiàn)異常信息時系統(tǒng)會自動報警并分析故障原因，相關(guān)技術(shù)人員可以借助專家診斷功能，恢復(fù)系統(tǒng)的正常運行。

在用戶管理方面，通過計量收費系統(tǒng)實現(xiàn)蒸汽峰谷平分段計價、階梯計價等各種靈活計價方式，將移動支付平臺搭建在系統(tǒng)中，進一步延伸出支付、融資、眾籌等產(chǎn)品，這樣就可以將熱用戶、銀行、供熱公司三方的金融資源整合，提升資金使用效率。通過在熱用戶處設(shè)置智能控制閥和控制器，在線調(diào)節(jié)智能控制閥的開合度，對繳費不及時或信用低的用戶調(diào)整熱力供應(yīng)流量，減小資金風(fēng)險。

5 結(jié)語

綜上所述，科技水平不斷發(fā)展、人民對生活質(zhì)量需求不斷提高的大背景下，集中供熱管網(wǎng)也需要與時俱進，滿足高質(zhì)量發(fā)展的要求。智慧供熱系統(tǒng)的建設(shè)，解決了傳統(tǒng)供熱體系的能耗高、供需失衡、安全監(jiān)測水平低、管理粗糙等問題，實現(xiàn)供熱模式由粗放型向精細型的轉(zhuǎn)型。文章簡要分析了當前中國工業(yè)集中供熱的現(xiàn)狀，分析了智慧供熱系統(tǒng)的特點及其應(yīng)用，希望能為工業(yè)集中供熱系統(tǒng)的建設(shè)以及優(yōu)化升級提供支持。