智慧供熱技術策略研究及應用

李志明

內蒙古自治區(qū)民航機場集團有限責任公司呼和浩特分公司 內蒙古 呼和浩特 010070

現(xiàn)有的供熱系統(tǒng)在運行過程中還存在一些問題,沒有足夠的遠程監(jiān)控點,調控技術相對較為落后,能耗高,能耗計量準確性低等。城市供熱屬于節(jié)能減排主要內容,當代供熱系統(tǒng)的發(fā)展必須要將傳統(tǒng)工程與現(xiàn)代數(shù)據(jù)科學技術有效結合在一起,通過對熱網(wǎng)運行狀態(tài)的預測,提高能效管理有效性。供熱系統(tǒng)的方案設計多以需求驅動為核心,做好消費側需求熱負荷的預測,對整個熱網(wǎng)運行效率的提高有著非常關鍵性作用。

1 供熱基本狀況

隨著我國社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展,人民生活水平不斷提高,老百姓不再滿足于溫飽,黨的十九大報告中指出,我國社會主要矛盾是人民日益增長的美好生活需要和不平衡不充分的發(fā)展之間的矛盾。我國北方冬季寒冷,供熱工程是與千家萬戶生活息息相關的民生工程,得到了國家在資金、政策上的大力支持,三十年來供熱能力和供熱總量有了飛躍式發(fā)展。1983－2018年全國歷年城市集中供熱情況如圖1所示。

全國城市集中供熱總量從1983 年的824 萬吉焦增至2018 年的359545萬吉焦,年復合增長率18.4%,其中熱水的供熱量由1981年的183萬吉焦增至2016年的318044萬吉焦,年復合增長率為23%。然而,存在著能源浪費、污染嚴重、冷熱不均、設備老化、設計落后、計費不合理、供熱能源單一等諸多問題。2016年2月24日國家發(fā)展改革委、國家能源局和工業(yè)和信息化部聯(lián)合頒布的《關于推進“互聯(lián)網(wǎng)＋”智慧能源發(fā)展的指導意見》指出：“‘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、消費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、交易開放等主要特征”。供熱系統(tǒng)作為能源產(chǎn)業(yè)的重要分支,智慧供熱的概念應運而生。智慧供熱,亦即在能源變革、綠色發(fā)展的時代背景下,通過信息安全、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析、人工智能、仿真建模等技術手段,建立供熱物理系統(tǒng)與信息系統(tǒng)之間“狀態(tài)感知—實時分析—優(yōu)化決策—精準執(zhí)行”的閉環(huán)賦能體系,從而解決當今供熱行業(yè)的各種問題。基于信息物理系統(tǒng)的智慧供熱技術架構如圖2所示。

圖2 基于信息物理系統(tǒng)的智慧供熱技術架構

隨著“工業(yè)4.0”概念的提出,以智能為核心的第四次工業(yè)革命或將到來,傳統(tǒng)行業(yè)間的分界也越來越模糊,供熱行業(yè)也不單單只涉及能源領域知識。另一方面,如何將熱能、電能、可再生能源等統(tǒng)籌規(guī)劃、梯級利用成為能源行業(yè)關注的焦點。

2 智慧供熱技術策略

智慧供熱技術以云計算、互聯(lián)網(wǎng)等技術手段為基礎,結合虛擬技術、大數(shù)據(jù)、集成法等方法工具,能夠具備有高級綜合分析判斷能力,實現(xiàn)對供熱系統(tǒng)的信息化管理。根據(jù)用戶熱負荷供需狀況,針對熱源生產(chǎn)能力、管網(wǎng)輸配能力等在線分析模擬,按照評估結果實現(xiàn)統(tǒng)一調節(jié),能夠滿足按需供熱需要,進一步實現(xiàn)節(jié)能減排目標。智慧供熱調度運行平臺主要組成系統(tǒng)包含有三部分,第一部分為軟件系統(tǒng),軟件系統(tǒng)在實際應用中主要負責氣象管理、熱網(wǎng)監(jiān)測、熱量遠程抄表、生產(chǎn)管控等功能,各類信息數(shù)據(jù)能夠相互調取利用,提高供熱管理系統(tǒng)完善性;第二部分為硬件系統(tǒng),硬件系統(tǒng)包含有各類溫度、壓力等傳感器以及相關的智能控制設備;第三部分為通信系統(tǒng),該系統(tǒng)主要是利用無線網(wǎng)絡和有線網(wǎng)絡使整個系統(tǒng)中信號傳遞穩(wěn)定性、可靠性得到保證。

3 智慧供熱技術應用

3.1 智慧供熱技術在熱源環(huán)節(jié)的應用 熱源環(huán)節(jié)智慧供熱技術的應用主要是實現(xiàn)智慧化監(jiān)控,保證熱源輸出熱力平衡。將溫度、壓力、流量等傳感器安裝在各熱源機組以及管網(wǎng)出口,實現(xiàn)對各個環(huán)節(jié)能耗情況的準確計算,顯示進出水口溫度、壓力、流量等方面信息,傳感器將采集到的信息發(fā)送至供熱調度監(jiān)控中心,以此來實現(xiàn)對各類參數(shù)信息的實時監(jiān)控。智慧供熱技術在熱源環(huán)節(jié)的應用還需要做好負荷和天氣變化的監(jiān)測,結合具體的天氣以及負荷狀況,堅持經(jīng)濟性運行原則,將需熱量與供熱量相互對比,繪制變化趨勢曲線,以此來判斷起爐或者停爐,在滿足用戶熱量需要的同時不會有能源浪費情況出現(xiàn),節(jié)約供熱成本。

3.2 智慧供熱技術在換熱站的應用 換熱站均為混水直供系統(tǒng),站房安裝相應的智能調節(jié)閥、熱計量表等設備,整個調度中心會生成需熱量值,利用控制器自動化控制換熱站的智能調節(jié)閥,保證其運行狀況符合目標要求。智慧供熱技術在換熱站的應用需要以管網(wǎng)故障檢測為主,結合地理信息系統(tǒng),做好一次、二次管網(wǎng)以及閥門等部件的檢測,及時發(fā)現(xiàn)存在的問題并報警。另外,智慧供熱技術在實際應用中還可以結合天氣以及負荷方面變化情況,選擇最佳運行方案,在滿足供熱需要的同時提高供熱經(jīng)濟合理性。

3.3 智慧供熱技術在樓棟單元熱力入口環(huán)節(jié)的應用 在樓棟單元熱力入口處安裝有智能調節(jié)閥以及相應監(jiān)控器,主要實現(xiàn)對熱力入口供熱參數(shù)的監(jiān)測,結合監(jiān)測到的信息數(shù)據(jù)對閥門的開度適當調整,以此實現(xiàn)熱力平衡調節(jié)。供熱管網(wǎng)運行調節(jié)可采取分階段變流量運行調節(jié)模式,這種調節(jié)方式能夠避免機械自力式流量平衡閥在實際應用中存在的弊端,運行供熱成本有明顯下降。在保證供熱管理布局合理情況下,整個系統(tǒng)基本不會出現(xiàn)末端和前端方面差異。樓宇智能調節(jié)裝置屬于關鍵性技術,融合有傳感技術和熱力計算軟件,能夠遠程自動編程,結合室外溫度自動控制熱網(wǎng)運行。控制器指令不僅可以單獨下達,也可實現(xiàn)控制器群發(fā),更好的支撐遠程自動控制。

3.4 智慧供熱技術在熱用戶環(huán)節(jié)的應用 在熱用戶環(huán)節(jié)應用智慧供熱技術,可將用戶室溫以及熱量表相關參數(shù)及時發(fā)送至供熱調度監(jiān)控中心,監(jiān)控中心將接收到的數(shù)據(jù)與目標數(shù)據(jù)相對比,以此為熱網(wǎng)運行參數(shù)的智能化控制提供客觀的數(shù)據(jù)支撐,提高供熱有效性,在減少能源浪費的同時更好的滿足用戶在供熱方面需要。

結語

隨著科學技術發(fā)展進步,供熱行業(yè)迎來了巨大發(fā)展機遇,供熱調節(jié)控制水平和能力的提高有了足夠的技術支撐和保障。