“雙碳”背景下智慧供熱發(fā)展與探討

文／李程 國貿(mào)物業(yè)酒店管理有限公司 北京 100164

韓鵬 北京市熱力集團有限責(zé)任公司輸配分公司 北京 100164

引言：

自21世紀以來，我國經(jīng)濟水平得到了高速發(fā)展，城市人口數(shù)量不斷增多，對于熱能的需求量也在持續(xù)增長，各大供熱企業(yè)也獲得了飛速發(fā)展，與此同時社會各界也對于供熱企業(yè)的節(jié)能減排工作提出了全新的要求，尤其是在雙碳背景下，供熱企業(yè)也必將向著低碳環(huán)保、高效靈活的方向逐步推進。供熱企業(yè)在發(fā)展過程中必須要全面提升自身的管理水平，通過靈活應(yīng)用各種先進的技術(shù)手段，將以往粗放型的管理模式逐步轉(zhuǎn)向為精細化管控，充分發(fā)揮科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用價值，最大限度的減少碳的排放量，滿足節(jié)能減排工作的實際需求。此外，還需要逐步融入智能化自動化和數(shù)字化技術(shù)管理理念，對供熱企業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀進行不斷的優(yōu)化和改進，促使供熱企業(yè)獲得更大的經(jīng)濟效益，供熱企業(yè)發(fā)展過程中利用智能供熱技術(shù)，能夠進一步優(yōu)化供熱系統(tǒng)的運行效率，真正實現(xiàn)節(jié)能減排工作的需求，促使供熱企業(yè)走向可持續(xù)發(fā)展道路，所以如何建造更加完善的智慧供熱體系，需要相關(guān)從業(yè)人員進行全面的探討和分析。

1.智慧供熱概述

根據(jù)目前的研究成果，智慧供熱系統(tǒng)正處于初級發(fā)展階段上，沒有形成全面的定義，而隨著科學(xué)技術(shù)的逐步推進，大數(shù)據(jù)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用范圍越來越廣泛，由此所建造出的信息物聯(lián)交互網(wǎng)絡(luò)形成了新的網(wǎng)絡(luò)平臺。為了能夠進一步提升物聯(lián)網(wǎng)和信息網(wǎng)對于各種信息數(shù)據(jù)的采集效果，全面提升數(shù)據(jù)處理質(zhì)量，就需要充分利用智能化管理系統(tǒng)為相關(guān)工作人員提供可靠的技術(shù)支持，而智慧供熱系統(tǒng)就是在保證用戶室內(nèi)溫度達到標準的情況下，盡量減少能源的消耗，這是就需要搭建熱源、換熱站、用戶三級聯(lián)動平臺，逐步從初始的人工調(diào)節(jié)曲線轉(zhuǎn)化為智慧供熱系統(tǒng)自主調(diào)控運行，而工作人員則只需要負責(zé)供熱系統(tǒng)的監(jiān)控和保障。現(xiàn)如今，大部分的企業(yè)都逐步融入了信息化技術(shù)，建立起了信息化管理平臺，數(shù)據(jù)監(jiān)控平臺以及地理信息系統(tǒng)，但是并沒有將其與生產(chǎn)設(shè)備進行直接關(guān)聯(lián)，各個系統(tǒng)之間相對比較獨立，很難真正實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的共享，也在一定程度上影響了系統(tǒng)功能的正常發(fā)揮。

2.智慧供熱發(fā)展途徑

2.1 智慧設(shè)備網(wǎng)

利用智能供熱技術(shù)建立的智慧設(shè)備網(wǎng)，可以將用戶、熱力站、熱網(wǎng)以及熱源等4 個部分進行有效的關(guān)聯(lián)。熱源就是這可以將能源轉(zhuǎn)化為滿足人們供熱需求熱能的相關(guān)設(shè)備，實現(xiàn)熱源的智慧化就是對于熱源的壓力、溫度、流量等相關(guān)數(shù)據(jù)進行有效的采集，并且對這些數(shù)據(jù)進行學(xué)習(xí)分析預(yù)測，從而實現(xiàn)對動力設(shè)備的智能化管控。熱網(wǎng)主要負責(zé)連接熱力站和熱用戶以及熱源和熱力站，連接熱力站和熱源的網(wǎng)絡(luò)稱為一次網(wǎng)；連接熱用戶和熱力站的網(wǎng)絡(luò)稱為二次網(wǎng)，對其進行智能化主要就是對于關(guān)鍵節(jié)點的數(shù)據(jù)進行監(jiān)測，完成井式井蓋的智能監(jiān)測和警報。熱力站也可以稱之為換熱站，可以將熱源提供的高參數(shù)熱量轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢员挥脩羰褂玫牡蛥?shù)熱量的相關(guān)設(shè)備，對其進行智慧化主要就是針對熱力站內(nèi)部的壓力流量溫度進行相應(yīng)的采集，并且對數(shù)據(jù)信息進行分析預(yù)測，這樣就能夠?qū)λ械脑O(shè)備進行智能化的管控。熱用戶就是從二次網(wǎng)中獲得熱量的用戶終端，其主要包含樓棟內(nèi)的熱力入口、住戶系統(tǒng)以及公共管道，建設(shè)智慧化系統(tǒng)需要負責(zé)采集熱力入口的溫度、流量、壓力等相關(guān)數(shù)值，更加真實準確的反映出建筑物內(nèi)部的住戶室內(nèi)溫度，并且對熱力入口進行智能化的管理。

2.2 信息物聯(lián)網(wǎng)

利用智能供熱系統(tǒng)建立的信息互聯(lián)網(wǎng)，需要從邊緣層、網(wǎng)絡(luò)層出發(fā)完成信息數(shù)據(jù)的采集、傳輸、儲存等工作，智慧供熱系統(tǒng)運行過程中，信息互聯(lián)作為其中的重要途徑，能夠保證信息數(shù)據(jù)的完整性，其中網(wǎng)絡(luò)層主要負責(zé)各項信息數(shù)據(jù)的傳遞，利用感知設(shè)備來獲得各項信息，確保其能夠更加安全可靠的輸送到應(yīng)用平臺，以此來完成數(shù)據(jù)的傳輸和接入功能，其主要包含4G、5G、物聯(lián)網(wǎng)、固網(wǎng)等等，其中所包含了巨大的信息數(shù)據(jù)量，同時也面臨著更加嚴格的服務(wù)要求，充分利用先進的信息技術(shù)，確保能夠真正實現(xiàn)高效的互聯(lián)功能。邊緣層主要就是利用實時操作系統(tǒng)和邊緣分析算法等相關(guān)技術(shù)，在靠近設(shè)備以及數(shù)據(jù)源頭的邊緣進行數(shù)據(jù)的預(yù)處理和存儲等相關(guān)功能，以此來提高整個系統(tǒng)的反應(yīng)敏捷度，盡量減少網(wǎng)絡(luò)堵塞現(xiàn)象的產(chǎn)生，并且與云端數(shù)據(jù)協(xié)同分析。Lass 層是指云服務(wù)中的基礎(chǔ)設(shè)備服務(wù)主要包含存儲網(wǎng)絡(luò)以及其他的基本計算資源，用戶也能夠根據(jù)自己的實際需求部署和運行任意的軟件，主要包含操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序。

2.3 智慧應(yīng)用平臺

在建設(shè)系統(tǒng)應(yīng)用平臺時，應(yīng)從平臺服務(wù)以及供熱系統(tǒng)等多個角度出發(fā)，建造供熱運營管理體系、生產(chǎn)體系、政府監(jiān)管系統(tǒng)、人工智能服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)以及通用平臺服務(wù)等等，在整個智慧供熱系統(tǒng)運行過程中，智慧應(yīng)用平臺類似于人類的大腦，能夠?qū)嵯到y(tǒng)的運行進行有效的管理，以此來保證系統(tǒng)時刻處于安全高效的運行狀態(tài)，更好的滿足人們的實際需求。供熱應(yīng)用系統(tǒng)主要面對的服務(wù)對象是供熱生產(chǎn)和運營單位以及政府部門，能夠完成安全檢查、應(yīng)急指揮、智能客服、收費管理、能耗分析、服務(wù)監(jiān)管、檢測管理、報表管理、供熱計量以及生產(chǎn)監(jiān)控等多種功能，平臺的服務(wù)主要包含數(shù)據(jù)服務(wù)、監(jiān)測服務(wù)以及人工智能服務(wù)等等，通過建立預(yù)測模型、仿真模型、控制模型等，為人們的實際需求提供智能化服務(wù)，并且完成數(shù)據(jù)信息的計算處理分析，保證各項數(shù)據(jù)信息的安全性和完整性，提供更加精準的服務(wù)。

3.現(xiàn)存問題

3.1 耗能增大

第一，城市內(nèi)部供熱不均勻。隨著現(xiàn)代城市的飛速發(fā)展，對于供熱的需求也在不斷的提升，而供熱過程中導(dǎo)致能源消耗急劇增長的主要原因就是，供熱系統(tǒng)自動化控制水平以及相關(guān)單位的管理水平，由于供熱系統(tǒng)嚴重失衡，存在非常明顯的冷熱不均勻問題，加大了能源的消耗，甚至還會產(chǎn)生大量的熱能浪費。部分運營企業(yè)為了能夠保證用戶的供熱效率而加大能源的使用，產(chǎn)生了非常嚴重的污染現(xiàn)象，同時也會影響到能源的可持續(xù)利用。第二，運行管理問題。供熱系統(tǒng)運行過程中經(jīng)常會出現(xiàn)水力失調(diào)的現(xiàn)象，其主要因素就是控制設(shè)備以及控制手段不佳，需要進一步提升相關(guān)運營單位整體的管理能力，才能夠真正實現(xiàn)低碳發(fā)展的目標。第三，系統(tǒng)熱效率問題。在城市煤改電煤改氣的過程中，能源的消費相對比較昂貴，為了能夠進一步提升熱效率，減少熱損失，加大潛熱的利用是非常關(guān)鍵的。第四，管網(wǎng)效率低，由于管網(wǎng)保溫形式選擇不恰當(dāng)，保溫效果不夠明顯，經(jīng)常會出現(xiàn)水力失調(diào)或者滴漏跑冒的現(xiàn)象，其中水力失調(diào)是導(dǎo)致熱損失的主要因素，需要對這一部分的內(nèi)容進行有效的改進，才能夠有效減少能源的消耗。

3.2 缺少整體供熱體系

目前，大部分城鎮(zhèn)并沒有建立完善的供熱網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，很難真正實現(xiàn)精準供熱的目的，達不到節(jié)能減排的要求，其自身的運行管理水平也有待提升。供熱企業(yè)要想真正實現(xiàn)精細化發(fā)展，切實提高服務(wù)效率，就需要具備充足的數(shù)據(jù)作為支持，進一步挖掘供熱企業(yè)潛在的節(jié)能潛力，而就目前的實際狀況來看，由于供熱企業(yè)并沒有大規(guī)模的普及信息化自動化技術(shù)，嚴重影響了行業(yè)的高水平發(fā)展。在新型城鎮(zhèn)化快速發(fā)展的背景下，供熱企業(yè)也需要牢牢抓住轉(zhuǎn)型升級的機遇，加強新型技術(shù)的引進力度，通過新技術(shù)的創(chuàng)新和應(yīng)用，促使供熱企業(yè)得到長遠發(fā)展有效提升能源的利用率，滿足低碳節(jié)能環(huán)保的要求，在保證供熱效率的同時，切實提高企業(yè)的經(jīng)營管理效率。

3.3 熱源不足

目前城鎮(zhèn)內(nèi)部現(xiàn)有的熱源供應(yīng)嚴重不足，很難滿足熱負荷的增長，以往有條件的北方城鎮(zhèn)地區(qū)會利用周邊的熱電聯(lián)產(chǎn)或者使用燃煤鍋爐進行供熱，隨著熱負荷的不斷增加供應(yīng)能力，出現(xiàn)了嚴重的不足。很多區(qū)域需要從更遠的地區(qū)或者更大規(guī)模的電廠來引熱，在環(huán)保壓力的影響下，燃煤鍋爐房其運行成本更高，也逐漸被燃氣鍋爐取代，其他可再生能源以及清潔型能源占有率相對較低，很難滿足熱源持續(xù)增長的要求。

4.搭建智慧供熱體系的有效措施

4.1 精細調(diào)節(jié)

建設(shè)智慧供熱系統(tǒng)不僅能夠完成信息數(shù)據(jù)的實時采集傳輸工作，還能夠充分利用在線監(jiān)測系統(tǒng)對熱網(wǎng)的實際運行狀態(tài)進行遠程調(diào)控，所以在未來供熱系統(tǒng)發(fā)展過程中，企業(yè)必須要結(jié)合各個方面的因素進行全方位的考慮，包括建筑物的熱能消耗特點、外界的氣候條件、室內(nèi)溫度、室外溫度等進行全方位的分析，結(jié)合專家建立的數(shù)學(xué)模型，將其引入到監(jiān)控系統(tǒng)中獲得真實的反饋數(shù)據(jù)。舉例來說，在在中高低層用戶以及前中末端，用戶中可以結(jié)合水利工況模擬，利用智能軟件系統(tǒng)對于熱力平衡進行全方位的數(shù)據(jù)分析，利用這樣的方式就能夠及時調(diào)整用戶供熱系統(tǒng)的水力平衡，確保水利平衡向著更加精細化智能化的方向不斷發(fā)展，有效解決供熱系統(tǒng)運行過程中熱量失調(diào)的現(xiàn)狀，再結(jié)合用戶的實際供熱需求，進行相應(yīng)的調(diào)整，這樣就能夠充分發(fā)揮智慧供熱系統(tǒng)，精準調(diào)節(jié)合理調(diào)控的使用功能，以此來提高供熱系統(tǒng)的運行可靠性。

4.2 改變供熱模式

城市供熱管網(wǎng)運行過程中，企業(yè)需要針對延伸二次供熱管網(wǎng)進行有效的管理，也就是說，供熱企業(yè)在發(fā)展過程中建造智能化的供熱管網(wǎng)是未來發(fā)展的主要趨勢。供熱企業(yè)發(fā)展過程中，就必須加大相關(guān)的資金投入力度，建造更加智能化的供熱管網(wǎng)，積極引進先進的技術(shù)手段，特別是目前在行業(yè)內(nèi)部領(lǐng)先的設(shè)備和技術(shù)，將先進技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進行有機結(jié)合，充分凸顯出供熱管網(wǎng)的智能化自動化特點。此外，還需要對小區(qū)的供熱管網(wǎng)進行有效的等級劃分，利用流量計、溫度計、壓力表等設(shè)備，更好的滿足小區(qū)集中供熱過程中信息高度集成的實際需求，為生產(chǎn)調(diào)度中心進行遠程傳輸調(diào)度提供便利，輔助完成信息的運算和整合，充分發(fā)揮相關(guān)維護人員對熱量供給的調(diào)節(jié)作用，確保根據(jù)不同用戶的熱量需求，做好供水管網(wǎng)的調(diào)配工作，有效解決冷熱不均衡的問題，以此來滿足節(jié)能減排工作的實際需求，杜絕資源浪費的出現(xiàn)。

4.3 智能化管控

在大型的建筑物中，不同的建筑區(qū)域也會設(shè)置不同的室內(nèi)溫度點，這就要求智能供熱系統(tǒng)需要同時連接多個恒溫控制器，同時對這些控制器進行有效的管理。智能供熱系統(tǒng)在管理過程中，其重點就是針對不同的房間以及不同的供熱區(qū)域控制終端的熱量排放，確保根據(jù)用戶的不同需求實現(xiàn)熱量的供應(yīng)，在此前提下，特別是進行集中供熱時，就能夠充分利用智能恒溫散熱器閥門來取代傳統(tǒng)的散熱器閥門，這樣就能夠?qū)⒎课萁ㄖ澐譃椴煌膮^(qū)域，結(jié)合用戶的實際生活習(xí)慣以及供熱需求，對于不同區(qū)域的溫度進行有效的控制。這一功能的實現(xiàn)主要就是通過減少散熱器內(nèi)部的熱水流量來完成的，類似于傳統(tǒng)的恒溫閥，或者通過調(diào)節(jié)熱水的流量，對室內(nèi)的溫度進行相應(yīng)的調(diào)控，在供熱管網(wǎng)不同部位的附件或者利用傳感器可以對房間內(nèi)部的溫度進行測量，這樣的情況下當(dāng)傳感器被放置到散熱器附近是或者一旦靠近熱源很有可能就會出現(xiàn)問題，致使溫度測量的數(shù)據(jù)不夠精準，從而達不到最佳的控制效果。隨著科學(xué)技術(shù)的逐步發(fā)展，逐步提出了更加智能化更高精準度的恒溫器，而且閥門也是針對散熱器的實際特點來量身定制的，其主要的目的就是能夠盡量減少誤差，在眾多解決方案中，一些先進的解決方案就是利用二級管網(wǎng)智能控制與直供系統(tǒng)進行結(jié)合，在一個制動器附近，如果放置熱發(fā)生器，那么算法就可以利用傳感器接收到的信息，加上加熱終端以及適當(dāng)?shù)男盘杺鬟f到熱源，整個操作過程可以結(jié)合整體的熱量需求來調(diào)整供熱區(qū)域，但是同時也需要注意加熱終端最佳水流限制了熱發(fā)生器的頻繁開關(guān)，從而也能夠有效降低熱發(fā)生器產(chǎn)生的損耗。

4.4 建立國家標準與規(guī)范

目前我國并沒有針對智慧供暖系統(tǒng)建立統(tǒng)一的標準，所以，國家部門也應(yīng)該結(jié)合時代快速發(fā)展的要求，盡快出臺智能供熱方面的規(guī)范和標準，以此來促進智慧供熱行業(yè)的長遠發(fā)展。現(xiàn)如今，我國有部分地區(qū)已經(jīng)出臺了相應(yīng)的技術(shù)指標，在一定程度上解決了城市之間技術(shù)壁壘的問題，作為現(xiàn)代化城市建設(shè)中的重要組成部分，智慧供熱系統(tǒng)具備良好的節(jié)能減排效果，同時也能夠有效提升服務(wù)水平是未來供熱行業(yè)發(fā)展的主要趨勢。在雙碳背景下，為了能夠更好的緩解供熱行業(yè)面臨的現(xiàn)狀，就必須為智慧供熱系統(tǒng)的設(shè)計規(guī)劃提供更有效的指導(dǎo)方案，以此來促進智慧供熱技術(shù)的長遠發(fā)展，加快智慧供熱技術(shù)的推廣力度，以此來促進整個供熱行業(yè)的積極轉(zhuǎn)型和升級為智慧化城市建設(shè)，能源利用以及提升行業(yè)管理水平提供可靠的技術(shù)支持。

4.5 建立多能互補系統(tǒng)

所謂的多能互補系統(tǒng)就是對傳統(tǒng)的分布式能源進行拓展，利用一體化管理理念，在能源工程領(lǐng)域方面進行拓展應(yīng)用，將分布式能源全部作用于一個大的系統(tǒng)內(nèi)，形成多種形式的能源互聯(lián)網(wǎng)，并不是將多種不同類型的能源進行簡單的疊加，而是在系統(tǒng)高度上利用不同品位的能源進行互補利用，統(tǒng)籌各種能源之間的轉(zhuǎn)換和配合，以此來獲得最高的能源利用率。要想真正實現(xiàn)都能互補，就需要建立以互聯(lián)網(wǎng)加為前提的智能能源利用系統(tǒng)，確保能夠?qū)崿F(xiàn)各種能源的協(xié)調(diào)利用，進一步加大清潔能源的使用力度，提升供熱系統(tǒng)的運行效率，這種模式非常適用于城鎮(zhèn)供熱系統(tǒng)，能夠?qū)Τ擎?zhèn)以及周圍的清潔系統(tǒng)進行綜合利用，真正實現(xiàn)低碳節(jié)能的目的。結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶嶋H狀況，建立完善的多能互補系統(tǒng)，形成多熱源聯(lián)合運行的管理模式：首先，以熱電聯(lián)產(chǎn)為主要熱源，通過常熟管道技術(shù)實現(xiàn)跨區(qū)域的供熱；第二，有地?zé)豳Y源的地區(qū)，可以使用階梯利用的方式滿足該地區(qū)的熱能需求；第三，以區(qū)熱源為輔，其主要包含燃氣調(diào)峰鍋爐房、工業(yè)余熱以及低品位能源利用，在工業(yè)區(qū)有備壓機工蒸汽能夠滿足生產(chǎn)要求的情況下，可以結(jié)合季節(jié)的變化，合理使用蒸汽進行供熱；第四，以農(nóng)業(yè)示范和旅游文化為背景的新城鎮(zhèn)，當(dāng)?shù)氐乃赐恋刭Y源相對比較豐富，可以利用淺層的土壤源熱泵和水源熱泵進行供熱，實現(xiàn)區(qū)域的供熱需求；第五，確定各種不同能源的使用比例以及該地區(qū)不同熱源的最佳工況建立供熱網(wǎng)絡(luò)，真正實現(xiàn)全市一張網(wǎng)的目的。

4.6 用戶管理

現(xiàn)代化城市發(fā)展過程中，通過建立智慧供熱系統(tǒng)，對于系統(tǒng)運行過程中產(chǎn)生的各項信息數(shù)據(jù)進行有效的采集和分析，結(jié)合用戶的實際需求，對供熱系統(tǒng)進行自動化智能化的調(diào)節(jié)，還可以完成采暖管理的數(shù)字化評價定量化，對供熱系統(tǒng)的運行進行精細化的管控，更好的滿足用戶的實際需求，同時還具備節(jié)能減排的功能。建設(shè)智慧供熱系統(tǒng)重點就是要求按需供熱，結(jié)合用戶的實際熱能需求，對按需需求進行深入理解，結(jié)合供給側(cè)的各方面因素進行全方位的考慮，只有這樣才能夠真正實現(xiàn)為用戶服務(wù)，提升管理水平的雙重目標。首先，為用戶服務(wù)就是結(jié)合用戶的實際需求自行調(diào)節(jié)，以此來提高居住舒適度，更好的滿足節(jié)能減排的要求，根據(jù)計量進行收費更合理，也能夠被廣大用戶所接受，能夠全面提升供熱服務(wù)效果。此外，在智慧供熱系統(tǒng)下針對用戶進行管理，更加重視客戶的服務(wù)質(zhì)量和服務(wù)水平，建立完善的管理制度，進一步規(guī)范企業(yè)相關(guān)工作人員的行為，加強對工作人員的培訓(xùn)力度，通過建設(shè)智慧管理體系，為用戶提供更加優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。第二，在技術(shù)管理方面，根據(jù)用戶的需求進行管理，可以實現(xiàn)溫度和流量的自動化調(diào)節(jié)，對各項信息數(shù)據(jù)進行遠程采集傳說，最終就能夠?qū)崿F(xiàn)供熱系統(tǒng)的可調(diào)節(jié)，可控制可計量等實際需求。

結(jié)語：

隨著現(xiàn)代化社會信息技術(shù)發(fā)展的逐步推進，近幾年來智能供熱平臺、控制設(shè)備也獲得了長遠的發(fā)展。熱力企業(yè)、行業(yè)協(xié)會以及設(shè)備生產(chǎn)廠家都充分利用先進的技術(shù)手段，加大了對節(jié)能減排工作的研發(fā)調(diào)節(jié)力度。但是，就目前的實際狀況來看，并沒有形成智慧供熱系統(tǒng)的統(tǒng)一規(guī)范和標準，缺乏更具使用性的應(yīng)用體系，大部分的企業(yè)仍然停留在小范圍的使用方面。所以，在未來發(fā)展過程中，必須要加大對智慧供熱技術(shù)的進一步研究，確保技術(shù)更加成熟，能夠逐步實現(xiàn)大范圍的推廣。