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

吳義勇

中節(jié)能先導(dǎo)城市節(jié)能有限公司 湖南長沙 410000

當(dāng)前，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等新一代信息技術(shù)在復(fù)雜生產(chǎn)系統(tǒng)的運行管理、調(diào)度控制和要素配置方面展現(xiàn)出強大的能力，發(fā)展智慧供熱已經(jīng)成為我國供熱行業(yè)的共識[1-2]。

1 “智慧供熱”的意義

發(fā)展“智慧供熱”，對于實現(xiàn)全面清潔供熱具有重要意義：①通過信息系統(tǒng)與供熱系統(tǒng)色深度耦合，賦予供熱系統(tǒng)“神經(jīng)”和“大腦”，加強供熱系統(tǒng)的智能化建設(shè)，建設(shè)“源-網(wǎng)-荷-儲”一體的統(tǒng)籌發(fā)展、優(yōu)勢互補的能源型互聯(lián)網(wǎng)。②基于新一代信息技術(shù)與供熱行業(yè)融合的新業(yè)態(tài)，可推動供熱服務(wù)的智能定制，合理引導(dǎo)供熱需求，培育智慧用能新模式。③依托“互聯(lián)網(wǎng)+”平臺實現(xiàn)智能收費和智能客服，在新興的物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和云計算等基礎(chǔ)上建設(shè)供熱行業(yè)的調(diào)度、管理和實時監(jiān)測信息平臺。提升生產(chǎn)管理水平；四是供熱系統(tǒng)作為城鎮(zhèn)的重要基礎(chǔ)設(shè)施，其智慧化升級將推進智慧城市建設(shè)，提升資源利用和配置效率，優(yōu)化城市治理[3]。

2 供熱質(zhì)量助力節(jié)能減排

通過監(jiān)控平臺可以知道全省任何城市供熱小區(qū)的實時供熱狀況，可以看到每個城市任一熱力站、熱源等的運行情況。綠色是正常運行，變紅就有問題，問題出在哪兒，都能及時知道，并會進入督辦、轉(zhuǎn)辦環(huán)節(jié)，要求當(dāng)?shù)伛R上核實，解決問題，報告工作進展。這就形成了線上線下相互配合、相互聯(lián)動的組織機制。以石家莊為例，室溫低于18℃的小區(qū)，在分析之后可知，多半是老舊小區(qū)，建筑節(jié)能功能差，圍護墻沒有外保溫，單玻窗戶，跑風(fēng)漏氣。這些小區(qū)將被列入下一年的老舊小區(qū)改造項目，把供熱改造作為重點。通過監(jiān)測平臺，也可以看到有約15%的室溫在24℃及以上，這部分供熱小區(qū)就是今后采取節(jié)能降耗的目標(biāo)小區(qū)。另外，監(jiān)控平臺還有環(huán)保監(jiān)控系統(tǒng)、安保系統(tǒng)、企業(yè)管理系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)在監(jiān)控平臺上互聯(lián)互通，最終實現(xiàn)整個供熱系統(tǒng)的智能化、信息化，提升供熱保障能力，實現(xiàn)節(jié)能降耗減排等目標(biāo)[4]。

3 智慧供熱系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展

3.1 “智慧供熱”平臺搭建構(gòu)想

①數(shù)據(jù)感知層：系統(tǒng)的數(shù)據(jù)來源，包含攝像機、計量傳感、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、長時滯、穩(wěn)定性差和水力耦合性強的問題，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)濟效益。⑤平臺應(yīng)用及智慧決策層：支持運行地理信息系統(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。寧電投熱力“智慧供熱”綜合管控平臺以大數(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，降低供熱運行成本，打破熱力公司各部門間的信息孤島，實現(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，同時為領(lǐng)導(dǎo)層管理決策提供數(shù)據(jù)支撐。實現(xiàn)對企業(yè)資源進行更加科學(xué)有效的管理，提升企業(yè)服務(wù)水平和綜合競爭力，促進傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)從粗放型向集約型轉(zhuǎn)變。符合新時期節(jié)能環(huán)保、智慧綠色供熱的行業(yè)需求[5]。

3.2 基于3D-GIS的供熱管網(wǎng)數(shù)字孿生技術(shù)

通過現(xiàn)場快速采集技術(shù)，可高效準(zhǔn)確地建立供熱系統(tǒng)的數(shù)字孿生模型，提供可交互的虛擬供熱系統(tǒng)，將實際運行數(shù)據(jù)與仿真模擬數(shù)據(jù)持續(xù)對比，達到精準(zhǔn)仿真、控制和可視化運維，降低維護成本、提高運營水平。對于傳統(tǒng)2D水力模型，需要依據(jù)詳細的圖紙資料進行建模。管網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)由于建模軟件的限制需要被大量簡化，局部阻力需要按沿程阻力倍數(shù)估算、模型阻抗數(shù)據(jù)由物理公式直接計算，模型與真實管網(wǎng)差異較大，模型準(zhǔn)確度不高，難以輔助實際供熱系統(tǒng)進行運行調(diào)度。對于供熱管網(wǎng)簡單3D模型，在建模時不僅需要詳細的圖紙資料還需要進行3D采集，并利用3D建模軟件建模。在建模時，移動端對管網(wǎng)設(shè)備和建筑進行快速定位、錄入、上傳，通過云計算處理中心將數(shù)據(jù)分類整理，結(jié)合PC端快速建模算法進行3D建模，最終實現(xiàn)建筑與管網(wǎng)設(shè)備在云端最接近真實的虛擬映射。通過適配各方傳感器設(shè)備，動態(tài)獲取運行數(shù)據(jù)，實時展示管網(wǎng)、站點運行數(shù)據(jù)，配套監(jiān)測點部署指導(dǎo)，了解管網(wǎng)動態(tài)?；诖髷?shù)據(jù)及數(shù)據(jù)修正算法，系統(tǒng)對于丟數(shù)、壞數(shù)自動進行修復(fù)和剔除，解決因傳感器安裝條件或位置帶來的系統(tǒng)誤差問題，不斷校核完善數(shù)據(jù)模型，更準(zhǔn)確地指導(dǎo)實際運行。在計算換熱器壓降或水泵揚程時，高差造成的系統(tǒng)誤差普通系統(tǒng)是無法避免的，采用基于數(shù)字孿生的空間自辨識技術(shù)可以將因傳感器安裝位置帶來的系統(tǒng)誤差問題徹底解決[6]。

4 結(jié)語

綜上所述，對于供熱區(qū)域為相同年代的建筑物，地暖電耗、熱耗均高于散熱器。熱力站電耗、熱耗與室外溫度有著密切的關(guān)聯(lián)，嚴(yán)寒期＞初期＞末期；嚴(yán)寒期因部分用戶私自放水，水耗高于初、末期。通過供熱源增大容量并形成熱源聯(lián)網(wǎng)、供熱網(wǎng)提高直埋技術(shù)來共同提高供熱效率，同時提高工作人員水平和用戶的節(jié)約意識，使集中供熱更高效、更環(huán)保。