智慧供熱助力城市節能減排

陳 爽

（天津市節能協會 天津 300193）

引言

隨著社會發展和進步，我國不少地區“城市病”問題將日益凸顯。為實現城市的可持續發展，從根本上解決城市發展的難題，大力建設智慧城市已成為當下世界范圍內城市發展不可逆轉的歷史潮流。而智慧供暖作為智慧城市的重要組成部分，在國家相關政策、供能側與用戶需求等因素的刺激下逐漸被人們所關注。在供能側，傳統的集中供暖雖然解決了大部分片區的供暖問題，但隨著太陽能、風能等可再生能源，地熱、核電等新能源的使用，熱源更加多元化，使我國供暖將呈現集中分布又相對分散的格局；在用戶側，受到消費升級觀念的影響，追求舒適美觀、個性化的裝飾成為新一代熱用戶的基本特征；與此同時，每個人對于室溫的敏感程度不同、所需的附加服務不同等也在無形的推動智能化設備的普及；此外，國家相繼出臺的各種方針政策，也力圖將各種供熱源進行優化配置，努力實現供需平衡，并盡可能減少的能耗和污染物排放，滿足供熱需求。

1 城市供熱系統中存在的節能減排問題

1.1 管理方面

從管理層面出發，供熱單位之間具有差距性和多元化，在人員配置和資源等方面會出現重疊和不合理現象，造成一定的浪費。部分供熱單位的管理制度和控制系統并不超前，競爭機制不盡完善，也會存在個別規劃不科學盲目建設的情況。

1.2 技術方面

煤和燃氣作為主要燃料，燃燒后或多或少會對環境造成污染。供熱管網會因老化或設備老舊等原因，產生跑冒滴漏，造成資源浪費。在末端用戶方面由于水力失調使各個環路的流量輸配出現不均衡，導致末端用戶的室溫冷熱不均，室溫偏高的用戶被迫開窗散熱，大量熱能流失。

2 智慧供熱的含義及特點

2.1 智慧供熱的含義

智慧供熱是信息技術、人工智能技術與先進供熱技術的深度融合，貫穿于供熱設備制造、系統規劃設計、系統建造、人才培養、運行維護、供熱服務全壽命的各個環節及相應系統的優化集成，用于解決供熱行業全過程中的復雜性和不確定性問題，提高資源配置效率，實現資源優化。在保證供熱設備安全運行的前提下，最大限度地節能環保是智慧供熱的基本宗旨。

廣義智慧供熱是以人為基礎、以供熱系統為載體、以信息技術為先導，在新一代人工智能技術與先進供熱技術的深度融合基礎上，形成的新一代供熱技術[1]。廣義智慧供熱包含以信息技術為先導的狹義智慧供熱，狹義智慧供熱包括智能運行、智能管理和人才培養。

2.2 智慧供熱的特點

從供熱發展趨勢上來看，城市級熱網能有效地保障供熱安全和能源的高效利用。未來隨著城市發展，以企業或區域為單位的中小型熱網將越來越多，最終匯入到城市級熱網，尤其是大中型城市的熱網將更加龐大，同時可再生能源等多種熱源也會匯入進來更加多元化，而用戶按需供熱的期望也將日益增高。因此在保障熱網安全與高效的同時，又要滿足客戶的個性化用熱需求，依靠現有的供熱系統是難以做到的，我們必須通過建設實施智慧供熱加以應對。也就是通過信息化與工業化的兩化融合，實現在安全的前提下對整個熱網調控給出最優化調度方案[2]。

智慧供熱是要在保證供熱設備安全運行的前提下，最大限度地節能環保。因此智慧供熱系統具有可監測、可調節、可計量、可預測的特征，能夠實現系統的綠色、安全、經濟、高效運行。具體來看，智慧供熱主要體現在智能調度、智能調節、智能診斷、智能維護、管理及服務[1]等方面：

（1）智能調度。系統可以通過自動分析每棟建筑物熱負荷特性，對熱負荷進行精準預報，進而調整熱源、熱網、換熱站、末端用戶的運行模式，優化調整調度方案，達到節能減排效果。

（2）智能調節。熱用戶可以根據自己的溫度需求對室溫進行調節控制，比如不使用或利用率低的空間可以降低溫度，減少能源浪費。

（3）智能診斷。通過對供熱數據的采集與分析，及時對異常情況進行診斷，并進行提醒，為后續提出解決方案提供依據。

（4）智能維護。通過地理信息系統技術和智能處理算法對供熱系統各環節的日常巡檢、維修、保養等活動進行智能的排班、路徑規劃、服務質量與考核分析[1]。

3 智慧供熱系統中的節能減排

供熱運行管理系統、客戶服務與評價系統、收費管理與支付系統是智慧供熱系統主要內容。其中供熱運行管理系統就是將傳統低效的管理和運行方式進行改進，減少資源浪費現象，保證熱源、熱網和末端的每個環節的高效節能運行。具體來說就是，建立熱源、一次網、換熱站、二次網、樓棟熱力入口、熱用戶等數據信息系統，通過有線、無線互聯網，實現信息共享，利用系統云計算平臺進行熱負荷預測、熱力平衡計算分析、虛擬工況熱網水力分析計算模擬，并實時進行熱網遠程智能優化運行調節控制。

3.1 供熱信息系統

該系統主要由熱網系統、地理信息、氣象信息、智能監控系統、安全管理、用戶室內溫控及遠程抄表、熱計量收費系統、能源統計等組成[3]。供熱信息系統能夠高效收集各類技術參數，節約了大量的人力物力。而各個子系統數據可以為供熱信息系統實現智能化運行和實現資源合理利用提供技術支持和數據基礎。

3.2 熱源環節的智慧化監控調度

無論是單熱源局部區域供熱，還是多熱源的聯網供熱，都需要將熱源的生產情況傳輸到智慧熱網調度平臺。在熱源各機組和主管網出口安裝溫度、壓力、流量和能耗計量裝置，監控收集實時的供回水溫度、壓力、流量、熱量、補水流量等重要數據；系統計算分析各環節能耗、各機組效率、預測熱負荷，根據未來幾天的天氣預報信息，自動計算出未來幾天的熱量需求情況，并根據調度預案制定熱源出口參數的運行策略，輔助于實時天氣情況的修正，提前協調安排熱源生產的規模和參數，保證供熱管網運行穩定，根據需要優化調度熱源生產，減少能源浪費，進而減少污染物排放。

3.3 換熱站環節的智慧化監控

換熱站內需要安裝熱計量表、調節閥、變頻等智能設備設施。供熱調度監控平臺根據生成的需熱量目標值通過對換熱站智能調節閥實現自控運行[2]，使實際運行參數與目標值相匹配。此外，換熱站需要監控調度人員隨時掌握站內情況，對于無人值守站點一般通過換熱站內各運行數據基本可以了解換熱站運行情況是否正常，如果有異常情況出現可自動報警，調度人員會通過參數反饋進行遠程操作，查找原因并解除異常。但是對一些特殊情況還需要視頻監控來監視，例如站內地面是否有積水、是否有蒸汽、煙霧、是否有無關人員進入站內等情況，需要現場處理。此外，同時在非運行期還可以進行安全保衛監控。

3.4 建筑單元熱力入口環節智慧化監控

監測熱力入口處的供熱參數，根據系統生成的目標值遠程自動調整閥門開啟度[2]。可以全面實現二網的動態水力、熱力平衡調節，進而使供熱管網運行調節靈活實現分階段變流量的運行調節模式，在供暖初期、末期、寒期優化能源消耗，實現單位建筑的遠程自控動態溫控調節，達到節能減排效果。

3.5 熱用戶環節智慧化監控

用戶供水溫度、回水溫度、流量等計量參數和頂樓、邊戶、底戶這類典型用戶的室內溫度數據傳送到供熱調度監控系統。供熱調度監控系統根據上傳數據與目標值進行對比，為整個熱網運行參數智能調節進一步的細化修正提供數據依據，可以實現更加精準的調節控制，節約能源。此外，熱計量運行參數出現異常時還可以進行自動報警，監控人員可根據報警及時處理，進行遠程操作開關調控，確保熱網正常運行。

4 智慧供熱節能減排的效果

智慧供熱與傳統供熱的區別是“智慧”，就是將服務延伸至供熱建設的各個環節及全壽命周期。整個供熱系統將向高效率、高質量、精細化、低污染、低消耗、低成本、人性化發展。達到系統安全可靠、能源利用高效、低碳清潔經濟的效果。城市供熱系統中存在的節能減排問題通過實施智慧供熱就可以迎刃而解。

2019 年天津某大學利用“智慧熱網云平臺”，實現源網一體化智能化管控，基于此平臺的管控，已實現了區域內28 個熱力入口的源網一體化的智能化管控。平臺會收集熱源情況、末端用戶的使用習慣、供熱所在地的實測溫度和氣象數據，提供給仿真運行的計算模型進行不斷分析運算，推演出最佳的供熱方案并反饋給管控平臺，針對每個用戶使用情況智能調節，實現三級供熱精準化管控，大幅減少熱量消耗，實現節能減排。

未來城市級供熱管網的能源互聯與服務互聯是大趨勢，它的建設和應用，能夠加強供熱行業管理，建筑能耗定額管理，基于清潔能源供熱差別化補貼機制的節能管理；能夠提高供熱質量評價與保障。大數據如今已經應用廣泛，但是真正去做好這項工作的城市和企業還不多。智慧供熱通過數據采集、數據傳輸、數據分析、大數據挖掘、運維監控等，建立供熱管理和運行的大數據平臺，將是在節能減排、霧霾治理新形勢下，提升管理水平和效率的發展方向，使供熱系統更加安全、智能和綠色，促進城市的和諧、可持續發展。

結語

智慧供暖系統投入和使用，可以將運行中各種情況更加直觀的展現，它可以通過數據來判斷整體的生產運行情況，通過遠程監控對設備設施進行相應的檢測和控制。系統可以對換熱站進行相應的溫度、壓力、流量的實時調節，從而實現末端用戶室溫和熱源檢測數據的相互匹配，以確保出現問題可以及時快速調整，避免能源浪費，真正實現“無人值守，遠程操控”，大大節約了資源。它將是實現節能減排、清潔供熱的重要手段，同時也是建設好智慧城市的重要一環。