智慧供熱在分布式燃?xì)夤嶂械膽?yīng)用與優(yōu)化提升

楊春華 余杰

【摘要】21世紀(jì)以來，我國進(jìn)入快速發(fā)展的新時(shí)期，經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，社會不斷進(jìn)步，我國大部分供熱企業(yè)的供熱運(yùn)行模式已完成了由人工運(yùn)行向自動化運(yùn)行的轉(zhuǎn)變，但由于缺乏對供熱信息化和智慧供熱節(jié)能潛力定量化的全面了解，供熱運(yùn)行仍有待完善。為降低運(yùn)營成本，減少能源浪費(fèi)，基于天然氣清潔能源供熱，以智慧運(yùn)營平臺為核心，以自動化控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)，搭建了一套分布式供熱智慧運(yùn)行系統(tǒng)。通過打通供熱系統(tǒng)全數(shù)據(jù)鏈條，運(yùn)用大數(shù)據(jù)分析及人工智能算法技術(shù)，對臨沂市桃園小區(qū)等供熱項(xiàng)目進(jìn)行智慧供熱改造。從熱源側(cè)負(fù)荷響應(yīng)及管網(wǎng)側(cè)熱力平衡優(yōu)化入手，總體室內(nèi)平均溫度在20℃，能耗較前一年降低20%，節(jié)能效果顯著，可為已建和新建供熱系統(tǒng)的改造及運(yùn)行提供技術(shù)支撐。

【關(guān)鍵詞】智慧供熱;智慧運(yùn)營平臺;供熱優(yōu)化;能耗

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

22.207

隨著國內(nèi)“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源的發(fā)展，智慧供熱已經(jīng)成為傳統(tǒng)供熱工程的重要發(fā)展方向?；诠嵯到y(tǒng)中數(shù)據(jù)獲取、傳輸和分析的過程，智慧供熱技術(shù)架構(gòu)主要包括物理系統(tǒng)層、物聯(lián)感知層、智慧控制層、系統(tǒng)安全技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)化體系建設(shè)。物理系統(tǒng)層關(guān)鍵技術(shù)包括高效的熱源、熱網(wǎng)水力平衡、儲熱、熱電協(xié)同等;物聯(lián)感知層關(guān)鍵技術(shù)包括數(shù)據(jù)的全面感知和數(shù)據(jù)的有效傳輸;智慧控制層關(guān)鍵技術(shù)包括多元熱網(wǎng)優(yōu)化控制、大數(shù)據(jù)分析和綜合評價(jià)體系;系統(tǒng)安全技術(shù)主要分為管理體系、技術(shù)體系和運(yùn)維體系;標(biāo)準(zhǔn)化體系建設(shè)主要涉及熱網(wǎng)物理系統(tǒng)和信息系統(tǒng)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。為進(jìn)一步推動智慧供熱的發(fā)展，需要不斷提高供熱系統(tǒng)的信息化、數(shù)字化和智能化水平，合理有效地利用太陽能、地?zé)崮堋⑸镔|(zhì)能等可再生能源實(shí)現(xiàn)綠色供熱;將熱力系統(tǒng)與電力系統(tǒng)、天然氣系統(tǒng)深度耦合，充分利用不同能源的特性;激發(fā)用戶的節(jié)能意識，并基于大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等信息技術(shù)改善供熱質(zhì)量和拓展供熱服務(wù);鼓勵(lì)和支持各項(xiàng)供熱新技術(shù)、新模式的試點(diǎn)工作，理順供熱收費(fèi)機(jī)制，并通過出臺相關(guān)政策和標(biāo)準(zhǔn)引導(dǎo)智慧供熱發(fā)展。

1、“智慧供熱”體系建設(shè)

“智慧供熱”是大數(shù)據(jù)和“互聯(lián)網(wǎng)+”技術(shù)在供熱領(lǐng)域的垂直行業(yè)應(yīng)用。從熱源、熱網(wǎng)到熱用戶全過程的“智慧供熱”，可有效實(shí)行節(jié)能降耗，在減少排放污染物含量的同時(shí)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(wù)水平的重要基礎(chǔ)。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(zhuǎn)型升級”。城鎮(zhèn)供熱智慧化建設(shè)要在企業(yè)級和城市級兩個(gè)層面展開，企業(yè)級要建設(shè)“智慧供熱”生產(chǎn)管理、環(huán)保監(jiān)控、安全保障、供熱服務(wù)和企業(yè)管理等系統(tǒng)，城市級還要建設(shè)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(wù)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(yù)測的供熱過程控制、基于人機(jī)融合智能的智慧交互?！爸腔酃帷弊鳛楫?dāng)前中國經(jīng)濟(jì)新舊動能轉(zhuǎn)化升級過程中的重要驅(qū)動力，其價(jià)值主要體現(xiàn)在使供熱行業(yè)加速實(shí)現(xiàn)“兩化融合”與智慧升級，順應(yīng)新時(shí)代社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，主動融入“數(shù)字經(jīng)濟(jì)”和新型城鎮(zhèn)化建設(shè)，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。

2、智慧供熱在分布式燃?xì)夤嶂械膽?yīng)用與優(yōu)化提升

2.1“智慧供熱”平臺搭建

（1）數(shù)據(jù)感知層：系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源，包含攝像機(jī)、計(jì)量傳感、氣象參數(shù)、地理坐標(biāo)、文檔資料、設(shè)備模型等。（2）網(wǎng)絡(luò)層：實(shí)現(xiàn)通訊功能。（3）數(shù)據(jù)采集及處理層：部署大數(shù)據(jù)平臺，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)匯聚、數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)分發(fā)、數(shù)據(jù)存儲，將數(shù)據(jù)分發(fā)給熱網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)、熱網(wǎng)自動平衡控制層和平臺應(yīng)用層。（4）熱網(wǎng)自動平衡控制層：可以有效地針對熱網(wǎng)大慣性、長時(shí)滯、穩(wěn)定性差和水力耦合性強(qiáng)的問題，解決熱網(wǎng)普遍存在的水平水力失調(diào)、冷熱不均的問題，大大的提高供熱質(zhì)量，有效地節(jié)約供熱能耗，為熱力公司帶來經(jīng)濟(jì)效益。（5）平臺應(yīng)用及智慧決策層：支持運(yùn)行地理信息系統(tǒng)、生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)、設(shè)施管理系統(tǒng)、能耗分析系統(tǒng)、應(yīng)急管理系統(tǒng)、客戶服務(wù)系統(tǒng)、OA協(xié)同辦公系統(tǒng)、經(jīng)營收費(fèi)管理系統(tǒng)、水力分析系統(tǒng)等功能開發(fā)。（6）展示層：通過展示大屏、web瀏覽器、客戶端及移動APP向客戶發(fā)信?！爸腔酃帷本C合管控平臺以大數(shù)據(jù)、建模仿真、人工智能等技術(shù)統(tǒng)籌優(yōu)化系統(tǒng)內(nèi)的所有資源，集數(shù)據(jù)采集、匯集、分析服務(wù)與一體，通過數(shù)據(jù)采集、匯集、分析、描述、診斷、預(yù)測、決策來提高供熱資源配置效率，降低供熱運(yùn)行成本，打破熱力公司各部門間的信息孤島，實(shí)現(xiàn)各業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)共享和數(shù)據(jù)挖掘，同時(shí)為領(lǐng)導(dǎo)層管理決策提供數(shù)據(jù)支撐。實(shí)現(xiàn)對企業(yè)資源進(jìn)行更加科學(xué)有效的管理，提升企業(yè)服務(wù)水平和綜合競爭力，促進(jìn)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)從粗放型向集約型轉(zhuǎn)變。符合新時(shí)期節(jié)能環(huán)保、智慧綠色供熱的行業(yè)需求。

2.2熱用戶智慧控溫

通過在熱用戶處安裝分戶計(jì)量表，實(shí)現(xiàn)按需供熱，一是蒸汽供熱用戶，可以實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)控，降低網(wǎng)損;二是熱水供熱用戶，加裝分戶控制的電動調(diào)節(jié)閥，可以實(shí)現(xiàn)在線的無線自動調(diào)節(jié)和控制。在典型用戶室內(nèi)安裝溫度無線上傳系統(tǒng)，對二次網(wǎng)中前端用戶、中端用戶、后端用戶以及邊角用戶，頂層和不熱點(diǎn)進(jìn)行在線監(jiān)測。公建用戶有白天和夜間上下班的區(qū)別，可以在不同樓宇安裝時(shí)間控制器和電動調(diào)節(jié)閥，實(shí)現(xiàn)根據(jù)時(shí)間進(jìn)行閥門開關(guān)和流量控制。安裝室外溫度測點(diǎn)，根據(jù)天氣情況制定二次網(wǎng)溫度運(yùn)行曲線，根據(jù)天氣變化調(diào)節(jié)供熱量，控制燃?xì)庀牧?。在用戶管理方面，通過計(jì)量收費(fèi)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)峰谷平分段計(jì)價(jià)、階梯計(jì)價(jià)等各種靈活計(jì)價(jià)方式，并將移動支付平臺搭建在系統(tǒng)中，有效減少能耗的同時(shí)提高運(yùn)營管理效率。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(fèi)不及時(shí)或信用低的用戶調(diào)整熱力供應(yīng)流量，減小資金風(fēng)險(xiǎn)。

2.3熱平衡調(diào)節(jié)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)供熱系統(tǒng)熱力平衡的關(guān)鍵，也是重中之重。通過熱平衡調(diào)節(jié)系統(tǒng)，一方面優(yōu)化遠(yuǎn)端、近端熱力平衡，另一方面有助于解決樓宇單元間熱力失調(diào)問題，從根本上實(shí)現(xiàn)供熱系統(tǒng)熱力平衡。傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案中單元立管處僅設(shè)置手動開啟關(guān)閉閥，缺乏量化調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)支撐，調(diào)節(jié)性較差，不可避免地造成管網(wǎng)熱平衡失調(diào)，導(dǎo)致近端過熱、遠(yuǎn)端不熱等問題，從而造成能源浪費(fèi)，供熱效果不佳。而立管是熱力系統(tǒng)管網(wǎng)熱平衡調(diào)節(jié)的終端，立管熱平衡調(diào)節(jié)不到位，會直接導(dǎo)致各樓層間戶內(nèi)溫度不一致。在單元立管加裝電動調(diào)節(jié)閥和無線溫度采集器，可進(jìn)行二次網(wǎng)平衡的提升，實(shí)現(xiàn)單元回水溫度無線上傳，實(shí)現(xiàn)所有單元供熱溫度的在線監(jiān)控和智能調(diào)節(jié)。

結(jié)語：

本文從智慧能源管理系統(tǒng)出發(fā)，以智慧運(yùn)營平臺為核心，以機(jī)電及控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)，將智能化硬件改造和供熱系統(tǒng)運(yùn)營服務(wù)融為一體，構(gòu)建了包含供熱自動化控制系統(tǒng)和智慧運(yùn)營分析平臺的智慧供熱系統(tǒng)。同時(shí)將其中的供熱站負(fù)荷響應(yīng)系統(tǒng)、管網(wǎng)熱平衡調(diào)節(jié)系統(tǒng)、末端熱舒適度保障系統(tǒng)、末端保障優(yōu)化方案運(yùn)用于臨沂市桃園小區(qū)等供熱項(xiàng)目中，結(jié)果表明，采用智慧供熱后，該小區(qū)分布式燃?xì)夤嵯到y(tǒng)供熱質(zhì)量較之前大大提高，整個(gè)采暖季室內(nèi)平均溫度高于20℃，基本實(shí)現(xiàn)恒溫供熱，供熱系統(tǒng)能耗無論氣耗、電耗還是水耗較前一個(gè)供暖季大幅減少，居民反映良好。

參考文獻(xiàn)：

[1]周青.城市集中供熱智能化與智能熱網(wǎng)的構(gòu)建研究[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2015.

[2]王慶峰.集中供熱系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)節(jié)優(yōu)化及熱負(fù)荷預(yù)測方法研究[D].濟(jì)南：山東大學(xué)，2010.

[3]孫思維.信息化在集中供熱系統(tǒng)中的應(yīng)用與分析[D].北京：北京建筑大學(xué)，2015.