智慧供熱系統(tǒng)提升改造技術研究

馬長城

摘要：隨著城市化進程的快速推進，我國城市集中供熱事業(yè)得到了快速發(fā)展，但管網(wǎng)設備老化、水力失調、缺乏有效的運行調控手段、缺乏節(jié)能運行管理專業(yè)技術人員、供熱系統(tǒng)智能化水平較差;企業(yè)供熱成本高，環(huán)保壓力大，對精細化供熱需求強烈，管理與技術急需轉型升級，影響了集中供熱優(yōu)越性的發(fā)揮。集中供熱改造升級需要系統(tǒng)掌握其原理和組成，它由熱源、供熱管網(wǎng)和熱用戶三部分組成。熱源即熱力的生產(chǎn)者，主要通過消耗電能或化石燃料生產(chǎn)出一定溫度和壓力的蒸汽或熱水;供熱管網(wǎng)由區(qū)域供熱蒸汽管網(wǎng)或熱水管網(wǎng)組成，其主要作用是分配熱媒、建立熱源與熱用戶的連接;熱用戶是建筑物內部，直接使用熱網(wǎng)輸運熱能的進行生活與生產(chǎn)用熱系統(tǒng)的總稱。

關鍵詞：智慧供熱;節(jié)能控制;管網(wǎng)平衡;供熱管理平臺

引言

我國工業(yè)熱力供應存在生產(chǎn)工藝相對落后、產(chǎn)業(yè)結構不合理等現(xiàn)象，主要工業(yè)產(chǎn)品單位能耗平均比國際先進水平高出30%左右。多數(shù)熱力企業(yè)還仍存在人力成本高、熱網(wǎng)側智能化水平低、供熱方式粗放、能耗高，熱源-換熱站-熱用戶之間信息相對孤立，用戶滿意度低等運營問題。且國內供熱熱源以燃煤為主，在生產(chǎn)熱力的過程中由于技術水平限制及監(jiān)管不到位等原因，污染物排放量大，造成了一定程度的大氣污染。近年來粗放型的用能模式帶來的資源浪費和環(huán)境污染問題越來越受到重視。

1“智慧供熱”體系建設

“智慧供熱”是大數(shù)據(jù)和“互聯(lián)網(wǎng)+”技術在供熱領域的垂直行業(yè)應用。從熱源、熱網(wǎng)到熱用戶全過程的“智慧供熱”，可有效實行節(jié)能降耗，在減少排放污染物含量的同時優(yōu)化熱能資源配置;“智慧供熱”是提高城鎮(zhèn)供熱安全性、可靠性和舒適性的有效手段;是提升供熱保障能力、企業(yè)管理和服務水平的重要基礎。大力發(fā)展“智慧供熱”，將有效推動中國城鎮(zhèn)供熱的“清潔低碳、安全高效的轉型升級”。城鎮(zhèn)供熱智慧化建設要在企業(yè)級和城市級兩個層面展開，企業(yè)級要建設“智慧供熱”生產(chǎn)管理、環(huán)保監(jiān)控、安全保障、供熱服務和企業(yè)管理等系統(tǒng)，城市級還要建設城市“智慧供熱”監(jiān)管指揮系統(tǒng)。主要包括：生產(chǎn)管理系統(tǒng)、環(huán)保監(jiān)控系統(tǒng)、安全保障系統(tǒng)、供熱服務系統(tǒng)、企業(yè)管理系統(tǒng)、城市供熱監(jiān)管智慧系統(tǒng)?！爸腔酃帷毕到y(tǒng)是基于信息物理系統(tǒng)的“智慧供熱”、基于模型預測的供熱過程控制、基于人機融合智能的智慧交互。“智慧供熱”作為當前中國經(jīng)濟新舊動能轉化升級過程中的重要驅動力，其價值主要體現(xiàn)在使供熱行業(yè)加速實現(xiàn)“兩化融合”與智慧升級，順應新時代社會經(jīng)濟發(fā)展需求，主動融入“數(shù)字經(jīng)濟”和新型城鎮(zhèn)化建設，突破供熱行業(yè)自身發(fā)展瓶頸，滿足人民群眾對美好生活的需求。能實現(xiàn)如下價值：（1）支撐清潔供熱，提高供熱系統(tǒng)能效。智整供熱技術能夠綜合分析供熱系統(tǒng)的運行工況條件，面向環(huán)保、成本、安全等多重優(yōu)化目標形成“源-網(wǎng)-荷-儲”全過程協(xié)同調度運行方案，實現(xiàn)供需平衡;能夠提高供熱生產(chǎn)運行調控決策的科學性和及時性，支撐清潔供熱提升系統(tǒng)綜合能效;能夠降低檢修維護人員的工作量，實現(xiàn)設備狀態(tài)檢修利護性維護。（2）提升供熱生產(chǎn)的安全性和可靠性。城鎮(zhèn)供熱事關城鎮(zhèn)居民的人身及財產(chǎn)安全，實現(xiàn)供熱系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行是“智慧供熱”的重要價值體現(xiàn)?！爸腔酃帷蹦軌蛲ㄟ^“數(shù)字孿生”模型的預測分析，顯著提升供熱調控操作的預見性和科學性，能夠顯著提升應急事件及運行故障的處置能力;能夠借助物聯(lián)感知系統(tǒng)全面及時地掌握供熱運行中存在的危險因素，閉環(huán)跟蹤監(jiān)督安全相關工作的執(zhí)行情況;能夠優(yōu)化供熱系統(tǒng)的規(guī)劃、設計、擴建、整合、改造的技術方案。（3）提升用戶服務水平實現(xiàn)按需舒適用熱?！爸腔酃帷蹦軌蚋脻M足熱用戶對熱的多樣化需求，提高供熱系統(tǒng)對動態(tài)熱負荷需求的靈活響應能力，實現(xiàn)“按需舒適用熱”;還能夠支持能源系統(tǒng)的需求側響應，應對智慧能源、能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，實現(xiàn)供需互動。

2智慧供熱系統(tǒng)提升改造技術研究

2.1供熱系統(tǒng)智能控制研究

本次供熱機組余熱優(yōu)化研究方案的主要創(chuàng)新點是將智慧城市物聯(lián)網(wǎng)技術即新一代IT技術充分運用于汽輪機余熱供熱自控系統(tǒng)中，把各類智能感應器嵌入和裝備到溫度表、壓力表、流量表、管道泵及節(jié)流閥等設備中，然后將“物聯(lián)網(wǎng)”與現(xiàn)有的互聯(lián)網(wǎng)相結合，實現(xiàn)智慧城市供熱系統(tǒng)智能化控制。在這個控制網(wǎng)絡中，上位機設置能力超級強大的中心計算機群，實現(xiàn)對供熱系統(tǒng)網(wǎng)絡內的人員、機器和設備的實時管理與控制，在此基礎上，操盤人們可以更加精準的管理供熱系統(tǒng)的運行，達到“智慧”狀態(tài)，提高余熱利用率。

2.2高效的熱源

冷熱電三聯(lián)供實現(xiàn)了多能供應，相比燃氣鍋爐，更能體現(xiàn)“溫度對口，梯級利用”的用能原則。近些年來聯(lián)供技術在區(qū)域供暖方面的應用日益廣泛，同時，合理高效地利用各種余熱資源和可再生能源進行供熱，也是降低供熱能耗、實現(xiàn)清潔供熱的重要途徑。吸收式換熱技術可用于熱源和熱力站處，提升能量利用效率。具體來講，在熱電廠處設置以凝汽式汽輪機排汽為驅動熱源的吸收式熱泵，可充分利用排汽余熱;在熱力站處設置吸收式換熱機組，使熱網(wǎng)回水溫度降至20℃左右，從而增大供回水溫差，提升熱網(wǎng)供熱能力。熱泵技術利用高品位電能實現(xiàn)熱量的獲取，相比電能直接轉換成熱能，地源熱泵、空氣源熱泵等設備能夠有效提高制熱效率。

2.3無人值守換熱站

無人值守換熱站包括換熱站供熱參數(shù)的實時采集、視頻監(jiān)控、液位及系統(tǒng)異常報警、系統(tǒng)遠程控制，是作為智慧供熱建設中重要的一環(huán)。換熱站智能監(jiān)控系統(tǒng)能夠在無人值守的情況下實現(xiàn)以下功能：系統(tǒng)在自動運行狀態(tài)時，PLC通過采集管網(wǎng)數(shù)據(jù)，如一次側及二次側的壓力、溫度、流量等數(shù)據(jù)，引入室外環(huán)境溫度參數(shù)建立控制策略模型，達到自動控制的目的。無人值守換熱站改變了傳統(tǒng)換熱站人工值班的工作方式，大大地解放了人力資源，提高了換熱站的綜合智能化水平;同時，遠程監(jiān)控報警系統(tǒng)不僅可以在換熱站發(fā)生故障的第一時間內通知專業(yè)的工作人員，及時遠端排除故障，而且可以綜合各個換熱站的實時信息制定合理的控制策略，從而實現(xiàn)熱量的最優(yōu)分配和供熱品質的提高。

2.4故障診斷及安全保護系統(tǒng)

智慧城市供熱系統(tǒng)引入GPRS全球定位功能，能夠準確定位儀表的具體位置，同時供熱控制系統(tǒng)中的各個測點均設置有故障診斷信號，如果某一設備故障，監(jiān)控管理控制中心不僅能夠檢測到此故障信號，而且能夠準確定位到該設備的具體位置，以便快速解決故障，實現(xiàn)供熱系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運行。

結語

本文從供熱行業(yè)面臨痛點出發(fā)，積極跟蹤智慧供熱的關鍵技術，打破傳統(tǒng)供熱模式，加強企業(yè)內部的業(yè)務創(chuàng)新學習，發(fā)展數(shù)字化增值服務。在供熱自動化技術、工藝的基礎上，積極跟蹤并利用物聯(lián)網(wǎng)及大數(shù)據(jù)、人工智能等技術，針對供熱“熱源、網(wǎng)、站泵和用戶”提供端到端全流程的業(yè)務賦能供熱行業(yè)高質量發(fā)展中總體規(guī)劃出發(fā)同時積極開展單項工程的自動化、信息化和數(shù)字化改造的可行性研究，通過測算實施智慧供熱的投資回報率ROI來挑選出經(jīng)濟效益好的項目作為智慧供熱試點項目建設推廣。

參考文獻

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