智慧供熱系統(tǒng)提升改造技術探討

李梅

山東省煙臺市經(jīng)濟技術開發(fā)區(qū) 山東煙臺 264006

目前以集中供熱為主要方式，但當前供熱系統(tǒng)的運行管理和控制技術還不夠成熟，供熱智能化與現(xiàn)有供熱規(guī)模的發(fā)展不成正比。基于集中供熱系統(tǒng)中對信息化、智能化應用的迫切需求，更多的學者、集中供熱企業(yè)等都意識到了這一點，開始大力研究并發(fā)展智慧供熱。下面筆者就對此展開探討。

1 智慧供熱系統(tǒng)概述

整個智慧供熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)從下到上主要分為6個子系統(tǒng)，依次為：能源設備層、能源物聯(lián)網(wǎng)層、能源大數(shù)據(jù)層、能源運營架構(gòu)平臺、綠色運營管理層和能源服務層。其中，能源設備層是供熱系統(tǒng)的基石，主要包括冷熱源設備、流體輸配系統(tǒng)、換熱機組與換熱站、管網(wǎng)平衡系統(tǒng)、能量計量儀表、室外氣象及室內(nèi)環(huán)境監(jiān)測設備。能源物聯(lián)網(wǎng)層負責從能源設備層完整采集供熱數(shù)據(jù)并傳輸?shù)侥茉创髷?shù)據(jù)層進行匯總。能源運營架構(gòu)平臺包括模型管理平臺、模型設計平臺、測試試驗平臺、數(shù)據(jù)運營平臺、大數(shù)據(jù)可視化平臺和策略管控平臺，主要負責接收大數(shù)據(jù)層匯總的數(shù)據(jù)并進行詳細分析，之后將分析結(jié)果傳遞到綠色運營管理層的智慧能源管理展示平臺進行供熱運營可視化自動控制。最后將控制策略傳遞到能源服務層的應用交互節(jié)點上。

圖1 智慧供熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意

2 供熱系統(tǒng)節(jié)能控制技術研究

圖2 智慧供熱管理平臺節(jié)能控制模塊（模型數(shù)據(jù)）

節(jié)能降耗是智慧供熱系統(tǒng)中一項重要工作，因此應根據(jù)實際供熱需求形成完善的節(jié)能控制技術手段。節(jié)能控制是智慧供熱實現(xiàn)節(jié)能的直接作用模塊，是關系到系統(tǒng)能否穩(wěn)定安全運行的關鍵，同時也是智慧化平臺的亮點技術。該策略的制定需要與供熱系統(tǒng)調(diào)試、診斷相結(jié)合；供熱系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)信息化、運行方式自動化是推進智慧供熱的前提；城市供熱系統(tǒng)智慧升級改造是供熱節(jié)能的重要抓手，可有效提升運行與管理水平，達到節(jié)能降耗的目的。智慧供熱管理平臺節(jié)能控制模塊如圖2所示。

節(jié)能控制主要包括熱源節(jié)能、換熱站節(jié)能以及末端節(jié)能，全過程將通過系統(tǒng)自學習的模式持續(xù)節(jié)能控制運行，節(jié)能控制流程圖如圖3所示。控制的主要參考核心為負荷預測，負荷預測將結(jié)合室外氣候及預報數(shù)據(jù)、系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)等，并通過計算模型完成負荷預測的計算。系統(tǒng)模塊在實行自動調(diào)控前將根據(jù)節(jié)能控制策略、安全控制策略進行綜合判斷，實現(xiàn)基于安全運行基礎上的節(jié)能控制，真正實現(xiàn)能源系統(tǒng)安全穩(wěn)定節(jié)能的目標，為企業(yè)達到最大限度的盈利的目的。

圖3 供熱系統(tǒng)節(jié)能控制流程圖

3 換熱站系統(tǒng)控制要求

智慧供熱節(jié)能控制主要體現(xiàn)在對換熱站的節(jié)能控制方面。因此，換熱站系統(tǒng)實現(xiàn)按照熱用戶的供熱需求進行供熱應提出以下3個控制要求，來實現(xiàn)節(jié)能目標。

3.1 本地手動控制

通過現(xiàn)場控制柜手動控制二次網(wǎng)循環(huán)泵的運行頻率和補水泵的啟動、停止，現(xiàn)場手動控制一次網(wǎng)電動調(diào)節(jié)閥的開度，人工調(diào)節(jié)適應末端用戶用熱需求。

3.2 現(xiàn)場自動控制

利用PID算法，通過一次網(wǎng)電動調(diào)節(jié)閥控制二次網(wǎng)供水溫度；根據(jù)二次網(wǎng)最不利點供回水壓差作為反饋信號，循環(huán)泵采用變頻控制，實現(xiàn)二次網(wǎng)的變流量自動控制。

3.3 遠程自動控制

通過室外溫度變化等相關因素設定的負荷預測曲線，對系統(tǒng)進行溫度補償調(diào)節(jié)，滿足熱負荷變化需求，實現(xiàn)節(jié)能舒適運行。供熱系統(tǒng)將一次側(cè)管網(wǎng)供水壓力、溫度，與室外環(huán)境溫度、一次側(cè)供回水目標溫度、壓力及末端用戶溫度建立數(shù)學模型，如恒溫模型、動態(tài)溫度模型等，自動控制一次側(cè)電動調(diào)節(jié)閥開度，從而控制一次網(wǎng)流量以調(diào)節(jié)二次側(cè)供水溫度。

供熱系統(tǒng)將二次側(cè)管網(wǎng)供回水壓力、溫度，與室外環(huán)境溫度、一次側(cè)供回水目標溫度、壓力建立數(shù)學模型，如定壓模型、壓差模型等，自動控制二次側(cè)循環(huán)泵頻率和工變頻切換，調(diào)節(jié)二次側(cè)供水壓力或供回水壓差。

4 結(jié)語

綜上所述，通過研究和建立具有遠程監(jiān)控功能的智慧供熱系統(tǒng)，實現(xiàn)熱源、換熱站、末端設備之間信息的采集和傳輸，提高系統(tǒng)的自動化控制、智能化管理和信息化數(shù)據(jù)分析水平，對系統(tǒng)節(jié)能提供量化支持，為各層管理者提供決策支持，為企業(yè)節(jié)能效果評價提供依據(jù)。智慧供熱系統(tǒng)不僅解決城市集中供熱的穩(wěn)定、民生、能耗問題，同時有助于以智慧化供熱平臺為依托，致力于將供熱企業(yè)建設成供熱行業(yè)的先進示范，為國家的節(jié)能節(jié)能降耗作出貢獻。