基于工業集中供熱的智慧供熱系統技術及應用

吳義勇

中節能先導城市節能有限公司 湖南長沙 410000

當前，工業互聯網、云計算、大數據、人工智能等新一代信息技術在復雜生產系統的運行管理、調度控制和要素配置方面展現出強大的能力，發展智慧供熱已經成為我國供熱行業的共識[1-2]。

1 “智慧供熱”的意義

發展“智慧供熱”，對于實現全面清潔供熱具有重要意義：①通過信息系統與供熱系統色深度耦合，賦予供熱系統“神經”和“大腦”，加強供熱系統的智能化建設，建設“源-網-荷-儲”一體的統籌發展、優勢互補的能源型互聯網。②基于新一代信息技術與供熱行業融合的新業態，可推動供熱服務的智能定制，合理引導供熱需求，培育智慧用能新模式。③依托“互聯網+”平臺實現智能收費和智能客服，在新興的物聯網、大數據和云計算等基礎上建設供熱行業的調度、管理和實時監測信息平臺。提升生產管理水平；四是供熱系統作為城鎮的重要基礎設施，其智慧化升級將推進智慧城市建設，提升資源利用和配置效率，優化城市治理[3]。

2 供熱質量助力節能減排

通過監控平臺可以知道全省任何城市供熱小區的實時供熱狀況，可以看到每個城市任一熱力站、熱源等的運行情況。綠色是正常運行，變紅就有問題，問題出在哪兒，都能及時知道，并會進入督辦、轉辦環節，要求當地馬上核實，解決問題，報告工作進展。這就形成了線上線下相互配合、相互聯動的組織機制。以石家莊為例，室溫低于18℃的小區，在分析之后可知，多半是老舊小區，建筑節能功能差，圍護墻沒有外保溫，單玻窗戶，跑風漏氣。這些小區將被列入下一年的老舊小區改造項目，把供熱改造作為重點。通過監測平臺，也可以看到有約15%的室溫在24℃及以上，這部分供熱小區就是今后采取節能降耗的目標小區。另外，監控平臺還有環保監控系統、安保系統、企業管理系統等，這些系統在監控平臺上互聯互通，最終實現整個供熱系統的智能化、信息化，提升供熱保障能力，實現節能降耗減排等目標[4]。

3 智慧供熱系統技術的應用發展

3.1 “智慧供熱”平臺搭建構想

①數據感知層：系統的數據來源，包含攝像機、計量傳感、氣象參數、地理坐標、文檔資料、設備模型等。②網絡層：實現通訊功能。③數據采集及處理層：部署大數據平臺，實現數據匯聚、數據清洗、數據分發、數據存儲，將數據分發給熱網監控系統、熱網自動平衡控制層和平臺應用層。④熱網自動平衡控制層：可以有效地針對熱網大慣性、長時滯、穩定性差和水力耦合性強的問題，解決熱網普遍存在的水平水力失調、冷熱不均的問題，大大的提高供熱質量，有效地節約供熱能耗，為熱力公司帶來經濟效益。⑤平臺應用及智慧決策層：支持運行地理信息系統、生產調度系統、設施管理系統、能耗分析系統、應急管理系統、客戶服務系統、OA協同辦公系統、經營收費管理系統、水力分析系統等功能開發。⑥展示層：通過展示大屏、web瀏覽器、客戶端及移動APP向客戶發信。寧電投熱力“智慧供熱”綜合管控平臺以大數據、建模仿真、人工智能等技術統籌優化系統內的所有資源，集數據采集、匯集、分析服務與一體，通過數據采集、匯集、分析、描述、診斷、預測、決策來提高供熱資源配置效率，降低供熱運行成本，打破熱力公司各部門間的信息孤島，實現各業務系統數據的數據共享和數據挖掘，同時為領導層管理決策提供數據支撐。實現對企業資源進行更加科學有效的管理，提升企業服務水平和綜合競爭力，促進傳統產業從粗放型向集約型轉變。符合新時期節能環保、智慧綠色供熱的行業需求[5]。

3.2 基于3D-GIS的供熱管網數字孿生技術

通過現場快速采集技術，可高效準確地建立供熱系統的數字孿生模型，提供可交互的虛擬供熱系統，將實際運行數據與仿真模擬數據持續對比，達到精準仿真、控制和可視化運維，降低維護成本、提高運營水平。對于傳統2D水力模型，需要依據詳細的圖紙資料進行建模。管網的拓撲結構由于建模軟件的限制需要被大量簡化，局部阻力需要按沿程阻力倍數估算、模型阻抗數據由物理公式直接計算，模型與真實管網差異較大，模型準確度不高，難以輔助實際供熱系統進行運行調度。對于供熱管網簡單3D模型，在建模時不僅需要詳細的圖紙資料還需要進行3D采集，并利用3D建模軟件建模。在建模時，移動端對管網設備和建筑進行快速定位、錄入、上傳，通過云計算處理中心將數據分類整理，結合PC端快速建模算法進行3D建模，最終實現建筑與管網設備在云端最接近真實的虛擬映射。通過適配各方傳感器設備，動態獲取運行數據，實時展示管網、站點運行數據，配套監測點部署指導，了解管網動態。基于大數據及數據修正算法，系統對于丟數、壞數自動進行修復和剔除，解決因傳感器安裝條件或位置帶來的系統誤差問題，不斷校核完善數據模型，更準確地指導實際運行。在計算換熱器壓降或水泵揚程時，高差造成的系統誤差普通系統是無法避免的，采用基于數字孿生的空間自辨識技術可以將因傳感器安裝位置帶來的系統誤差問題徹底解決[6]。

4 結語

綜上所述，對于供熱區域為相同年代的建筑物，地暖電耗、熱耗均高于散熱器。熱力站電耗、熱耗與室外溫度有著密切的關聯，嚴寒期＞初期＞末期；嚴寒期因部分用戶私自放水，水耗高于初、末期。通過供熱源增大容量并形成熱源聯網、供熱網提高直埋技術來共同提高供熱效率，同時提高工作人員水平和用戶的節約意識，使集中供熱更高效、更環保。