大數(shù)據(jù)分析在供熱系統(tǒng)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用

彭俊靈, 鄧 敏

(安陽(yáng)益和熱力集團(tuán)有限公司, 河南 安陽(yáng) 455000)

1 概述

相關(guān)數(shù)據(jù)表明,2018年河南省在集中供熱方面的固定資產(chǎn)投入接近40.6×108元。在供熱面積方面,2013—2018年的數(shù)據(jù)顯示,城市集中供熱面積始終在擴(kuò)大,2018年供熱面積達(dá)到4.34×108m2以上。2018年,蒸汽供熱能力達(dá)到6 903 t/h,熱水供熱功率達(dá)到21 298 MW。為有效節(jié)約能源,優(yōu)化城市環(huán)境,河南省借助政策支持,推動(dòng)熱電聯(lián)產(chǎn)與城市集中供熱發(fā)展。

隨著集中供熱規(guī)模逐步增大,供熱公司為保障能源管理與服務(wù)質(zhì)量,紛紛構(gòu)建、引進(jìn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),希望利用現(xiàn)代化手段掌握管網(wǎng)工況,實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗、改進(jìn)管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)。

本文對(duì)基于大數(shù)據(jù)分析的供熱監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、監(jiān)測(cè)分析功能進(jìn)行介紹。結(jié)合工程實(shí)例,對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在住宅小區(qū)二級(jí)管網(wǎng)平衡調(diào)節(jié)的應(yīng)用效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2 大數(shù)據(jù)分析的運(yùn)用

2.1 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自從下而上分為感知傳輸層、基礎(chǔ)設(shè)施層、平臺(tái)服務(wù)層。感知傳輸層將采集的海量數(shù)據(jù)經(jīng)5G網(wǎng)絡(luò)無(wú)線傳輸至基礎(chǔ)設(shè)施層進(jìn)行整理儲(chǔ)存,最后由平臺(tái)服務(wù)層加以充分利用。

感知傳輸層。負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集,對(duì)熱源、熱網(wǎng)、熱力站及用戶的海量數(shù)據(jù)采集匯總。將采集數(shù)據(jù)按統(tǒng)一規(guī)格進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理,隨后通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)無(wú)線傳輸至基礎(chǔ)設(shè)施層。

基礎(chǔ)設(shè)施層。是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的支撐載體,內(nèi)部設(shè)有資源虛擬化與云服務(wù)管理、物理資源。資源虛擬化是借助云計(jì)算手段,將感知傳輸層采集到的數(shù)據(jù)以分布式結(jié)構(gòu)儲(chǔ)存到相應(yīng)集群內(nèi)(如熱力站供熱量、壓力等數(shù)據(jù)分類保存)。云服務(wù)管理是基礎(chǔ)設(shè)施層中比較重要的部分,用于控制供熱裝置啟停、提供權(quán)限以及故障恢復(fù)等。物理資源是計(jì)算服務(wù)集群,主要為數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器[1]。

平臺(tái)服務(wù)層。具備應(yīng)用程序與開發(fā)環(huán)境,能把監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所有業(yè)務(wù)能力整合起來(lái),實(shí)際運(yùn)行中按照具體業(yè)務(wù)能力訴求,對(duì)基礎(chǔ)服務(wù)水平加以測(cè)算,由基礎(chǔ)設(shè)施層提供應(yīng)用程序接口,使用硬件資源。平臺(tái)服務(wù)層配置的上位機(jī),提供調(diào)度業(yè)務(wù)功能,全天候監(jiān)控監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的全部資源,將相關(guān)信息利用相應(yīng)接口發(fā)送至用戶。平臺(tái)服務(wù)層的軟件把各項(xiàng)子系統(tǒng)(主要有線上熱網(wǎng)水力分析、熱網(wǎng)能耗、熱計(jì)量、全網(wǎng)平衡分析、用戶室內(nèi)測(cè)溫等)以服務(wù)功能方式發(fā)布于云平臺(tái),方便供熱公司高效規(guī)劃管理系統(tǒng)、靈活調(diào)節(jié)與高速部署。

大數(shù)據(jù)主要涉及以下內(nèi)容:室外逐時(shí)溫度、風(fēng)速、相對(duì)濕度。熱源運(yùn)行溫度、壓力、流量及能耗。水泵工作溫度、壓力、流量、流向、工作頻率。熱力站一二級(jí)側(cè)運(yùn)行溫度、壓力、流量,一級(jí)側(cè)調(diào)節(jié)閥開度。熱量表計(jì)量流量、溫度。典型用戶室內(nèi)溫度。

2.2 監(jiān)測(cè)分析功能

① 熱源

監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)熱源、調(diào)峰熱源輸出熱功率配比。借助大數(shù)據(jù)分析,設(shè)置基礎(chǔ)熱源、調(diào)峰熱源輸出熱功率與熱網(wǎng)循環(huán)泵流量區(qū)間、管網(wǎng)壓力與溫度峰值參數(shù)。借助駕駛艙與雷達(dá)圖形式,反映各熱源輸出熱功率與裕量,協(xié)助調(diào)度人員及時(shí)調(diào)整各熱源輸出熱功率與水力工況協(xié)調(diào)模式,主動(dòng)應(yīng)對(duì)不同的天氣環(huán)境。

供暖期熱耗監(jiān)控。在供暖期到來(lái)前,結(jié)合近5 a的熱耗數(shù)據(jù),確定本年熱耗計(jì)劃,以餅狀圖形式表現(xiàn)當(dāng)前熱源供熱量占全年計(jì)劃供熱量的比例。還可根據(jù)單位面積熱耗,判定熱耗異常熱力站。

預(yù)測(cè)熱耗。根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中海量歷史數(shù)據(jù),結(jié)合室外溫度與供熱面積,預(yù)測(cè)近3～5 d的熱耗。該項(xiàng)功能可指導(dǎo)調(diào)度人員及時(shí)調(diào)整供熱參數(shù)[2]。

② 管網(wǎng)與熱力站

管網(wǎng)水力工況實(shí)時(shí)分布。根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中所有熱力站一級(jí)側(cè)運(yùn)行參數(shù),將壓力從大至小劃分成多個(gè)級(jí)別,在管網(wǎng)分布圖上呈現(xiàn)不同顏色的點(diǎn)。便于調(diào)度、運(yùn)維人員掌握水力工況的分布狀況,快速找到壓力異常點(diǎn)。

熱力站異常監(jiān)測(cè)。參照數(shù)據(jù)庫(kù)信息,確定每座熱力站在供暖期的水耗、熱耗、電耗。對(duì)熱力站水耗、熱耗、電耗進(jìn)行排序,對(duì)水耗、熱耗、電耗波動(dòng)過(guò)大、偏高的熱力站加以重點(diǎn)關(guān)注和分析。

自動(dòng)化控制熱換站。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)根據(jù)用戶熱量表數(shù)據(jù)與典型用戶室內(nèi)溫度,結(jié)合設(shè)定室內(nèi)溫度,適當(dāng)調(diào)節(jié)一級(jí)側(cè)調(diào)節(jié)閥開度與二級(jí)側(cè)循環(huán)泵工作頻率。

③ 報(bào)警與預(yù)警

報(bào)警。根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中歷史數(shù)據(jù)設(shè)定熱源、熱力站工作參數(shù)區(qū)間,一旦超出設(shè)定范圍,監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將自動(dòng)報(bào)警。如熱網(wǎng)超壓與補(bǔ)水量超限、調(diào)節(jié)閥異常等。

預(yù)警。該項(xiàng)功能是根據(jù)各項(xiàng)參數(shù)的波動(dòng)趨勢(shì),評(píng)估當(dāng)前熱力站與管網(wǎng)的工作狀態(tài),這樣有助于調(diào)度人員事先消除故障隱患(如流量異常、回水壓力異常等[3])。

3 應(yīng)用實(shí)例

安陽(yáng)市供暖室外計(jì)算溫度為-4.7 ℃,供暖期室外平均風(fēng)速為2.0 m/s,供暖室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度為18 ℃。某住宅小區(qū)熱力站采用間接連接方式,室內(nèi)供暖方式為地面輻射供暖系統(tǒng),供暖介質(zhì)為熱水。小區(qū)所在熱網(wǎng)配置了監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。小區(qū)供暖面積為41 253 m2,共計(jì)3棟樓、6個(gè)單元、312戶。供暖系統(tǒng)分為高、低區(qū)兩套供熱系統(tǒng),高區(qū)系統(tǒng)14～26層,低區(qū)系統(tǒng)1～13層。2020—2021年供暖期共在小區(qū)43戶室內(nèi)安裝遠(yuǎn)傳室溫表111個(gè),均勻分布于客廳、臥室以及衛(wèi)生間,遠(yuǎn)傳室溫表安裝情況見表1。

表1 遠(yuǎn)傳室溫表安裝情況

為驗(yàn)證遠(yuǎn)傳室溫表測(cè)量準(zhǔn)確性,隨機(jī)抽測(cè)7戶,攜帶校驗(yàn)合格的測(cè)溫設(shè)備進(jìn)行入戶測(cè)溫。遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)與入戶實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)見表2。由表2可知,與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相比,遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)的最大相對(duì)誤差絕對(duì)值為8.04%,滿足工程要求。說(shuō)明遠(yuǎn)傳室溫表測(cè)量準(zhǔn)確性可以接受。

表2 遠(yuǎn)傳數(shù)據(jù)與入戶實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)

結(jié)合室溫采集數(shù)據(jù),利用監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)小區(qū)二級(jí)管網(wǎng)進(jìn)行平衡調(diào)節(jié)。2020—2021年供暖期部分供暖日室外日平均溫度、室內(nèi)平均溫度、單位供熱面積平均熱耗見表3。由表3可知,采用監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)小區(qū)二級(jí)管網(wǎng)進(jìn)行平衡調(diào)節(jié),室內(nèi)平均溫度維持在20 ℃附近,單位供熱面積平均熱耗理想。

表3 2020—2021年供暖期部分供暖日室外日平均溫度、室內(nèi)平均溫度、單位供熱面積平均熱耗

4 結(jié)束語(yǔ)

利用大數(shù)據(jù)分析,挖掘供熱系統(tǒng)數(shù)據(jù)價(jià)值。通過(guò)對(duì)歷史資料分析,判斷當(dāng)?shù)毓崮芎钠骄植?并預(yù)測(cè)未來(lái)能耗情況,實(shí)時(shí)判斷有無(wú)異常情況。借助全天候監(jiān)測(cè),避免能源浪費(fèi),加強(qiáng)供熱領(lǐng)域節(jié)能降耗。

采用監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)住宅小區(qū)二級(jí)管網(wǎng)進(jìn)行平衡調(diào)節(jié),室內(nèi)平均溫度維持在20 ℃附近,單位供熱面積平均熱耗理想。