自動化技術在當代智能熱力系統的功能提升中的應用

常周慶

(太原市熱力集團有限責任公司，山西太原 030012)

1 概述

隨著我國逐步進入“十三五”規劃下的社會經濟改革，各行各業開始進行智能化改造，其中，工業領域是智能化提升的主力。尤其是我國逐步提出“工業4.0”的概念，“互聯網+”開始成為改革的風向標，對于能源企業來說，“節能降耗”是永恒的主題。目前，國家的能源利用逐步走向智能化和自動化，全國開始組建以“能源互聯網”為載體的全局能源構架。其中，對于熱力企業來說，熱力系統是主要的能源系統，其如何有效的與“互聯網+”技術進行融合構建智能熱網，是目前研究的重點和熱點。

目前，隨著各行各業智能化水平的不斷提高，熱力行業也逐步開始應用先進的自動化技術來嘗試達到“節能降耗”的目的。目前，區域供熱系統中，存在大量的智能設備，從這些發送和接收設備中管理大量的實時信息是一項具有挑戰性的任務。如何構建智能化系統是當前探究的重點和熱點。

2 自動化技術在區域熱網系統中的應用現狀分析

區域供熱系統(DH)是熱源站到社會不同部門，如住所，各行業處所(例如:CBD群)的最佳供熱方式。在DH系統中，熱量通過管道網絡從熱力發電廠向最終用戶傳遞，用于滿足需求側供暖和生活熱水需求。它可以使用各種燃料和余熱熱量作為熱源產熱，也正是其可再生能源比例越來越高，所以區域供暖也為減少全球和當地的二氧化碳排放量起到了重要作用。除此之外，區域供熱的突出優勢在于它可以實現熱電聯產(CHP)，能夠最有效地利用一次能源。歐盟委員會到2050年具有里程碑意義的路線圖報告表明:在2050年整個歐洲達到80%的減排量，電力部門將需要幾乎完全脫碳(95% ～100%)。因此，歐盟委員會的電力計劃旨在到2050年用可再生能源替代燃煤發電，靈活的低碳方式將成為很長一段時間的主要能源形式。能源市場放松管制的程度越來越高，并且越來越關注節能建筑對DH系統的需求。因此，創新IT的創造和應用DH中的生態系統被認為是改善能源效率的必要方式。目前，中國正逐步引進新型自動化技術，且在熱力系統廣泛的應用，區域供熱(DH)被認為是一種目前較為先進的供熱形式，其可以利用多元化能源資源;這些資源涉及廢熱回收、熱泵、蓄熱、熱電聯產和可再生能源一體化。在供熱系統運行期間，有大量的數據交互，在實際情況中，為了使用自動化技術構建智能熱網系統，就需要一個內存和速度都滿足的能源數據處理系統。

3 利用自動化技術實現提升區域供熱系統的智能化

3.1 基于自控技術的用戶側熱力系統的智慧熱力腦

現代化的區域供暖系統配備監控和控制生產單元以及先進的系統控制室。這些系統主要集中在生產方和用戶需求側。基于SCADA系統獲取外部和內部實時參數，與自適應控制系統一起使用，從而涵蓋整個熱力生產。另一方面，這個將是一個極其復雜的系統，可以處理大型實時的數據量?？紤]到DH系統的動態改變屬性，DH系統模型需要很高的計算時間和知識資源，知識推理和運營優化能力。因此，需要專注于開發快速高效的實時處理能量和用戶行為的算法系統。在此基礎上，進行有效的能源管理，系統將保持一系列目標(例如維持一個目標——每天為每棟建筑設定溫度)，在這情況下，有必要監控內部和外部參數值(例如建筑物熱量、天氣數據)和網絡預期狀態之間的關系。

為了實現智能化控制，在DH系統中需要確保整體能源管理信息系統監控并為自主決策提供整體優化方案和預測功能。用戶側的熱力智能化控制如圖1所示，客戶側配備了先進自控技術，使客戶能夠在智能手機、平板電腦和PC的視覺幫助下，以應用程序的形式提供簡單用戶界面，來協助進行加熱調整和優化運行?；诂F有的各種能源項目應用速度，將有助于將智能化能源和移動解決方案整合到擬議的DH系統中，可以進一步使用這種智能應用程序加強供熱公司之間的競爭力。

圖1 用戶側的熱力智能化控制系統

3.2 將自動化技術運用到區域供熱系統——智慧熱力的構架

自動化技術由于其優于傳統控制的幾個優點，成為流行的控制手段。典型的優勢包括靈活性，可擴展性，高能源效率和低成本等。因此，預計它將來會成為熱力系統主要的控制手段。自動化技術在DH系統中，應用內容廣泛，包括:SCADA系統的應用、全網水力平衡調節、熱力站無人值守的監控應用、循環泵的應用及分時段頻率調節等方面，這些手段主要都是為了體現出節能降耗的目的。

圖2 基于自動化技術的智慧熱力系統的構架

通過在DH系統中使用如圖2所示的基于自動化技術的智慧熱力腦，我們不僅可以解決大型和分布式信息的問題管理，還可以提供高能效和低成本運行平臺。這是因為目前的自動化技術可以非常快速地擴展處理要處理的信息量變化，同時可以提供高效的節能降耗的方案。因此，自動化體現在不同的熱力單元，包括熱用戶、換熱站和熱源站。如圖2中，我們描述了一個自動化基礎架構，作為一種“智能”的數字解決方案。該圖2中的自動化系統可以在用戶端結合圖1提出的用戶側的熱力智能化控制系統，突出所有需要的先進自動化技術。在目前的熱力系統中，想要達到節能降耗的措施有很多，本文主要闡述以下幾個方面:

1)通過SCADA系統實現供熱系統運行數據的集中采集與監視控制，實現熱力站的無人值守，節省了大量人力資源，在提高自動化水平、改善居民生活質量以及節能減排等方面發揮了重要作用。

2)全網水力平衡調節，這個在國內是很多公司在進行相關方面的工作，包括:碩人時代、清華同方等，主要的手段是通過計算機模擬和參數輸入進行優化調節。

3)在換熱站實現無人值守的監控應用，這主要利用先進的監控技術，將視頻參數和控制參數通過視頻和數據的形式，實時傳輸到監控室，這樣減少了工作量的同時，也能對熱力系統實現集中控制。

4)循環泵分時段頻率調節保證流量的同時可以減少電能損耗;我國目前水泵的自動化水平與日俱增，泵作為熱力管網的基礎部件，在很多環節有所應用，尤其是在水力平衡調節等方面，有效的控制水在管網中的流動情況，可以有效的使得用戶側溫度適宜。

綜上所述，我們可以看出，DH網絡中存在大量的智能設備，從這些發送和接收設備中管理大量的實時信息是一項具有挑戰性的任務。本文在分析自動化技術在區域熱網系統中的應用現狀的基礎上，提出熱力智慧自動化框架，自動化技術是滿足這些要求的合適解決方案。按照這種觀點，基于自動化技術引入了DH網絡中的數據信息管理系統，該系統旨在建立一個平臺存儲，訪問和共享不同熱力單元的能源信息。此類系統在熱力行業將具有廣泛的應用前景。