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(kuò)大，系統(tǒng)形式也越來越復(fù)雜，對供熱公司的運(yùn)行管理水平提出了更高要求。而智慧供熱技術(shù)的發(fā)展為助力實(shí)現(xiàn)城市大型熱網(wǎng)的“均衡輸送、按需供熱”提供了有力支持。熱力通過建立熱網(wǎng)運(yùn)行調(diào)節(jié)的實(shí)時(shí)運(yùn)行參數(shù)傳輸平臺(tái)、智能分析平臺(tái)、遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺(tái)，配套增加現(xiàn)場調(diào)控設(shè)備，實(shí)現(xiàn)基于自動(dòng)控制、自動(dòng)節(jié)能運(yùn)行的智慧供熱技術(shù)方案，為城市大型熱網(wǎng)技術(shù)升級、節(jié)能運(yùn)行和提高效益指示了方向。

【關(guān)鍵詞】智慧供熱技術(shù)；大型供熱管網(wǎng)；應(yīng)用

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

1、智慧熱網(wǎng)（智慧供熱）原理

“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源是一種互聯(lián)網(wǎng)與能源生產(chǎn)、傳輸、存儲(chǔ)、消費(fèi)以及能源市場深度融合的能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展新形態(tài)，具有設(shè)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(jìn)信息系統(tǒng)與物理系統(tǒng)在量測、計(jì)算、控制等多功能環(huán)節(jié)上的高效集成，實(shí)現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)的實(shí)時(shí)感知和信息反饋，建設(shè)信息系統(tǒng)與物理系統(tǒng)相融合的智能化調(diào)控體系。伴隨新一代信息技術(shù)的飛速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和云計(jì)算等技術(shù)與各行業(yè)加速融合，“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源這一理念正呈現(xiàn)從第三產(chǎn)業(yè)向第二產(chǎn)業(yè)滲透、融合的趨勢。

2、智慧熱網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

2.1基于機(jī)理與辨識(shí)相結(jié)合的建模仿真

在智能熱網(wǎng)系統(tǒng)中，主要采用機(jī)理建模方法對熱網(wǎng)進(jìn)行建模。這種結(jié)構(gòu)-機(jī)理模型可以細(xì)化到管徑、管材、管長、彎頭、保溫層厚度、閥門特性等參數(shù)，機(jī)理建模得到的仿真結(jié)果與實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)必然存在一定的偏差。熱網(wǎng)投運(yùn)一段時(shí)間后，系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)測數(shù)據(jù)，通過辨識(shí)建模方法自適應(yīng)地修改機(jī)理模型，提高仿真精度。

2.2基于大數(shù)據(jù)的分析與診斷

智能熱網(wǎng)系統(tǒng)以供熱系統(tǒng)的大量歷史數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，根據(jù)熱用戶的用氣特點(diǎn)，分析負(fù)荷影響因素。結(jié)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(jīng)網(wǎng)絡(luò)法或模糊預(yù)測法等大數(shù)據(jù)分析方法，建立熱用戶負(fù)荷預(yù)測模型，預(yù)測未來負(fù)荷發(fā)展趨勢，進(jìn)而得出未來一段時(shí)期各熱用戶及整個(gè)供熱系統(tǒng)的負(fù)荷發(fā)展趨勢，為供熱系統(tǒng)的預(yù)測調(diào)控提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的供需動(dòng)態(tài)平衡。此外，通過對運(yùn)行數(shù)據(jù)的分析和處理，建立了供熱系統(tǒng)蒸汽品質(zhì)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)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(chǔ)，智慧供熱平臺(tái)能夠支持供熱系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度決策的在線優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)供熱系統(tǒng)的智慧化運(yùn)行。其核心方法是，以仿真計(jì)算為“內(nèi)核”，以并行智能優(yōu)化算法為“外殼”，對特定運(yùn)行條件下的多樣化生產(chǎn)調(diào)度決策方案進(jìn)行對比擇優(yōu)。

3、智慧供熱技術(shù)在大型供熱管網(wǎng)中的應(yīng)用

3.1實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的集成與共享

感知層是智慧供熱技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)條件，需要感知傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包括熱源出口數(shù)據(jù)、換熱站運(yùn)行數(shù)據(jù)、熱計(jì)量數(shù)據(jù)和熱用戶室內(nèi)溫度等數(shù)據(jù)。與多數(shù)供熱企業(yè)類似，公司在發(fā)展過程中已經(jīng)具備了部分?jǐn)?shù)據(jù)采集、自控功能，但是各種技術(shù)往往由不同廠家提供，而各廠家的平臺(tái)及開發(fā)技術(shù)不盡相同。因此，在智慧供熱建設(shè)過程中，首先要解決的是“信息孤島”問題，即實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的互通互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)調(diào)度數(shù)據(jù)共享。平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了從用戶→熱力站→管站→熱源的數(shù)據(jù)采集，對熱、電、水等類型數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)全面監(jiān)控。

3.2實(shí)現(xiàn)基于大數(shù)據(jù)的智能調(diào)控與考核

基于大數(shù)據(jù)的智能調(diào)控是智慧供熱的核心與關(guān)鍵技術(shù)。平臺(tái)根據(jù)熱力供熱范圍內(nèi)熱力站、供熱機(jī)組的建筑特性、室外氣象參數(shù)等確定科學(xué)合理的供熱指標(biāo)，精準(zhǔn)下發(fā)供熱參數(shù)、優(yōu)化調(diào)控策略，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)供熱、按需供熱。此外，平臺(tái)以熱力站為單位，對耗熱量、耗水量、耗電量進(jìn)行量化考核，根據(jù)建筑特性等確定科學(xué)合理的量化考核指標(biāo)。智能調(diào)控能夠明確責(zé)任、督促提高供熱大隊(duì)、熱力站各級管理人員的節(jié)能調(diào)控積極性，實(shí)現(xiàn)最大主動(dòng)節(jié)能運(yùn)行。

3.3實(shí)現(xiàn)基于GIS的設(shè)備管理與運(yùn)維

該平臺(tái)以GIS為基礎(chǔ)，建立了管網(wǎng)設(shè)備的電子檔案，對各設(shè)備的基本信息和維護(hù)記錄進(jìn)行管理；利用巡檢功能建立設(shè)備維護(hù)檔案，確保管道安全運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)人員的遠(yuǎn)程管理和調(diào)度；依托大數(shù)據(jù)和專家算法，對換熱站各運(yùn)行設(shè)備和熱計(jì)量設(shè)備采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)這些設(shè)備的故障信息，提示管理人員進(jìn)行維護(hù)和維修，并下達(dá)生產(chǎn)指令。維修人員使用手機(jī)app接收設(shè)備維修訂單；對運(yùn)行設(shè)備的主動(dòng)檢測和智能檢測，大大降低了人工成本和生產(chǎn)經(jīng)營風(fēng)險(xiǎn)。另外，利用小區(qū)的室溫?cái)?shù)據(jù)和電子圍欄，顯示各采暖區(qū)的室溫?zé)狳c(diǎn)圖，方便及時(shí)掌握各采暖區(qū)的采暖質(zhì)量。

3.4加強(qiáng)二級網(wǎng)絡(luò)均衡管控建設(shè)

目前，與一次網(wǎng)的控制水平相比，二次網(wǎng)存在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)缺失的問題，已成為制約精確供熱的瓶頸。為避免二次網(wǎng)流量不均、用戶冷暖不均等無法定量把握的問題，可根據(jù)實(shí)際情況從以下兩方面進(jìn)行改進(jìn)：

（1）建筑熱入口信息轉(zhuǎn)換。在二次網(wǎng)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(shí)時(shí)采集給回水管道的溫度、壓力，實(shí)現(xiàn)異常數(shù)據(jù)分析、故障快速診斷等功能，訂單調(diào)度維護(hù)、能耗、水力平衡、保溫性能分析等，最終實(shí)現(xiàn)二次網(wǎng)的水力和熱力平衡。

（2）熱用戶入口的信息轉(zhuǎn)換。對二次網(wǎng)所有熱用戶實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、與換熱站自控系統(tǒng)數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)、各熱用戶獨(dú)立控制、全面智能控制等功能。

3.5室溫制熱調(diào)節(jié)

精確供熱的目標(biāo)是保證用戶的室溫，實(shí)現(xiàn)按需供熱。氣候補(bǔ)償曲線、人工經(jīng)驗(yàn)等粗糙管理都難以達(dá)到這些要求。因此，需要基于熱用戶的室內(nèi)溫度反饋，建立換熱站的運(yùn)行調(diào)節(jié)模式，建立針對用戶供熱需求的調(diào)節(jié)策略。綜合考慮建筑熱慣性和管網(wǎng)滯后時(shí)間是實(shí)現(xiàn)供熱精細(xì)化管理的關(guān)鍵技術(shù)。控制方式應(yīng)以室溫為目標(biāo)，保證不供過于求，真正實(shí)現(xiàn)按需供熱。在考慮全網(wǎng)調(diào)節(jié)安全的基礎(chǔ)上，逐步實(shí)現(xiàn)一條支線、一個(gè)子公司和全網(wǎng)的室溫自動(dòng)調(diào)節(jié)。

結(jié)論：

智能化管理可以幫助供熱企業(yè)實(shí)時(shí)控制大量分散的換熱站。由于供熱效果受實(shí)際情況影響很大，如果不能實(shí)時(shí)準(zhǔn)確地掌握各供熱站的具體情況，很難實(shí)現(xiàn)各換熱站的協(xié)調(diào)控制，降低成本、提高供熱效果是空談，這就需要引入物聯(lián)網(wǎng)的概念，通過合理的數(shù)據(jù)采集和傳輸、處理，成功實(shí)現(xiàn)對換熱站工作的實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而實(shí)現(xiàn)供熱企業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步。

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