淺談智慧供熱技術在大型供熱管網中的應用

賈雨 田瑞杰

【摘要】隨著城市集中供熱面積及供熱規(guī)模逐漸擴大，系統(tǒng)形式也越來越復雜，對供熱公司的運行管理水平提出了更高要求。而智慧供熱技術的發(fā)展為助力實現城市大型熱網的“均衡輸送、按需供熱”提供了有力支持。熱力通過建立熱網運行調節(jié)的實時運行參數傳輸平臺、智能分析平臺、遠程監(jiān)控平臺，配套增加現場調控設備，實現基于自動控制、自動節(jié)能運行的智慧供熱技術方案，為城市大型熱網技術升級、節(jié)能運行和提高效益指示了方向。

【關鍵詞】智慧供熱技術；大型供熱管網；應用

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021. 11.074

1、智慧熱網（智慧供熱）原理

“互聯網+”智慧能源是一種互聯網與能源生產、傳輸、存儲、消費以及能源市場深度融合的能源產業(yè)發(fā)展新形態(tài)，具有設備智能、多能協(xié)同、信息對稱、供需分散、系統(tǒng)扁平、交易開放等特征，通過推進信息系統(tǒng)與物理系統(tǒng)在量測、計算、控制等多功能環(huán)節(jié)上的高效集成，實現能源互聯網的實時感知和信息反饋，建設信息系統(tǒng)與物理系統(tǒng)相融合的智能化調控體系。伴隨新一代信息技術的飛速發(fā)展，互聯網、大數據和云計算等技術與各行業(yè)加速融合，“互聯網+”智慧能源這一理念正呈現從第三產業(yè)向第二產業(yè)滲透、融合的趨勢。

2、智慧熱網關鍵技術

2.1基于機理與辨識相結合的建模仿真

在智能熱網系統(tǒng)中，主要采用機理建模方法對熱網進行建模。這種結構-機理模型可以細化到管徑、管材、管長、彎頭、保溫層厚度、閥門特性等參數，機理建模得到的仿真結果與實際運行狀態(tài)必然存在一定的偏差。熱網投運一段時間后，系統(tǒng)可以根據實測數據，通過辨識建模方法自適應地修改機理模型，提高仿真精度。

2.2基于大數據的分析與診斷

智能熱網系統(tǒng)以供熱系統(tǒng)的大量歷史數據為基礎，根據熱用戶的用氣特點，分析負荷影響因素。結合季節(jié)、節(jié)假日、晝夜峰谷、天氣等因素，采用回歸分析法、神經網絡法或模糊預測法等大數據分析方法，建立熱用戶負荷預測模型，預測未來負荷發(fā)展趨勢，進而得出未來一段時期各熱用戶及整個供熱系統(tǒng)的負荷發(fā)展趨勢，為供熱系統(tǒng)的預測調控提供基礎數據，實現系統(tǒng)的供需動態(tài)平衡。此外，通過對運行數據的分析和處理，建立了供熱系統(tǒng)蒸汽品質和網絡設備的診斷模型，為供熱系統(tǒng)的故障診斷和狀態(tài)檢修提供支持。

2.3基于智能算法的決策優(yōu)化

以供熱系統(tǒng)建模與仿真為基礎，智慧供熱平臺能夠支持供熱系統(tǒng)運行調度決策的在線優(yōu)化，實現供熱系統(tǒng)的智慧化運行。其核心方法是，以仿真計算為“內核”，以并行智能優(yōu)化算法為“外殼”，對特定運行條件下的多樣化生產調度決策方案進行對比擇優(yōu)。

3、智慧供熱技術在大型供熱管網中的應用

3.1實現生產數據的集成與共享

感知層是智慧供熱技術應用的基礎條件，需要感知傳輸的數據包括熱源出口數據、換熱站運行數據、熱計量數據和熱用戶室內溫度等數據。與多數供熱企業(yè)類似，公司在發(fā)展過程中已經具備了部分數據采集、自控功能，但是各種技術往往由不同廠家提供，而各廠家的平臺及開發(fā)技術不盡相同。因此，在智慧供熱建設過程中，首先要解決的是“信息孤島”問題，即實現數據的互通互聯，實現生產調度數據共享。平臺實現了從用戶→熱力站→管站→熱源的數據采集，對熱、電、水等類型數據實現全面監(jiān)控。

3.2實現基于大數據的智能調控與考核

基于大數據的智能調控是智慧供熱的核心與關鍵技術。平臺根據熱力供熱范圍內熱力站、供熱機組的建筑特性、室外氣象參數等確定科學合理的供熱指標，精準下發(fā)供熱參數、優(yōu)化調控策略，實現精準供熱、按需供熱。此外，平臺以熱力站為單位，對耗熱量、耗水量、耗電量進行量化考核，根據建筑特性等確定科學合理的量化考核指標。智能調控能夠明確責任、督促提高供熱大隊、熱力站各級管理人員的節(jié)能調控積極性，實現最大主動節(jié)能運行。

3.3實現基于GIS的設備管理與運維

該平臺以GIS為基礎，建立了管網設備的電子檔案，對各設備的基本信息和維護記錄進行管理；利用巡檢功能建立設備維護檔案，確保管道安全運行，實現人員的遠程管理和調度；依托大數據和專家算法，對換熱站各運行設備和熱計量設備采集的數據進行分析，及時發(fā)現這些設備的故障信息，提示管理人員進行維護和維修，并下達生產指令。維修人員使用手機app接收設備維修訂單；對運行設備的主動檢測和智能檢測，大大降低了人工成本和生產經營風險。另外，利用小區(qū)的室溫數據和電子圍欄，顯示各采暖區(qū)的室溫熱點圖，方便及時掌握各采暖區(qū)的采暖質量。

3.4加強二級網絡均衡管控建設

目前，與一次網的控制水平相比，二次網存在關鍵節(jié)點數據缺失的問題，已成為制約精確供熱的瓶頸。為避免二次網流量不均、用戶冷暖不均等無法定量把握的問題，可根據實際情況從以下兩方面進行改進：

（1）建筑熱入口信息轉換。在二次網各建筑物熱入口的給回水管道上安裝無線溫度、壓力傳感器，實時采集給回水管道的溫度、壓力，實現異常數據分析、故障快速診斷等功能，訂單調度維護、能耗、水力平衡、保溫性能分析等，最終實現二次網的水力和熱力平衡。

（2）熱用戶入口的信息轉換。對二次網所有熱用戶實現遠程數據采集、與換熱站自控系統(tǒng)數據聯動、各熱用戶獨立控制、全面智能控制等功能。

3.5室溫制熱調節(jié)

精確供熱的目標是保證用戶的室溫，實現按需供熱。氣候補償曲線、人工經驗等粗糙管理都難以達到這些要求。因此，需要基于熱用戶的室內溫度反饋，建立換熱站的運行調節(jié)模式，建立針對用戶供熱需求的調節(jié)策略。綜合考慮建筑熱慣性和管網滯后時間是實現供熱精細化管理的關鍵技術?？刂品绞綉允覝貫槟繕?，保證不供過于求，真正實現按需供熱。在考慮全網調節(jié)安全的基礎上，逐步實現一條支線、一個子公司和全網的室溫自動調節(jié)。

結論：

智能化管理可以幫助供熱企業(yè)實時控制大量分散的換熱站。由于供熱效果受實際情況影響很大，如果不能實時準確地掌握各供熱站的具體情況，很難實現各換熱站的協(xié)調控制，降低成本、提高供熱效果是空談，這就需要引入物聯網的概念，通過合理的數據采集和傳輸、處理，成功實現對換熱站工作的實時監(jiān)控，從而實現供熱企業(yè)的發(fā)展和進步。

參考文獻：

[1]李強.智慧能源多能互補清潔供熱技術的應用[J].中國新技術新產品，2021（03）：120-122.

[2]萬學志，周海珠，吳春玲，王照波.基于DCS的換熱站智慧供熱監(jiān)控系統(tǒng)的研究[J].建筑熱能通風空調，2021，40（01）：61-64.

[3]楊雪琴.“智慧供熱”能源體系建設的探討[J].產業(yè)科技創(chuàng)新，2020，2（34）：20-21.

[4]王洪偉，郭振宇，陳愛軍，陳秀云.智慧供熱系統(tǒng)提升改造技術研究[J].建設科技， 2020（18）： 45-48.

[5]李連強.智慧供熱技術與節(jié)能降耗[J].節(jié)能， 2020，39（01）：169-171.