智慧供熱系統提升改造技術研究

馬長城

摘要：隨著城市化進程的快速推進，我國城市集中供熱事業得到了快速發展，但管網設備老化、水力失調、缺乏有效的運行調控手段、缺乏節能運行管理專業技術人員、供熱系統智能化水平較差;企業供熱成本高，環保壓力大，對精細化供熱需求強烈，管理與技術急需轉型升級，影響了集中供熱優越性的發揮。集中供熱改造升級需要系統掌握其原理和組成，它由熱源、供熱管網和熱用戶三部分組成。熱源即熱力的生產者，主要通過消耗電能或化石燃料生產出一定溫度和壓力的蒸汽或熱水;供熱管網由區域供熱蒸汽管網或熱水管網組成，其主要作用是分配熱媒、建立熱源與熱用戶的連接;熱用戶是建筑物內部，直接使用熱網輸運熱能的進行生活與生產用熱系統的總稱。

關鍵詞：智慧供熱;節能控制;管網平衡;供熱管理平臺

引言

我國工業熱力供應存在生產工藝相對落后、產業結構不合理等現象，主要工業產品單位能耗平均比國際先進水平高出30%左右。多數熱力企業還仍存在人力成本高、熱網側智能化水平低、供熱方式粗放、能耗高，熱源-換熱站-熱用戶之間信息相對孤立，用戶滿意度低等運營問題。且國內供熱熱源以燃煤為主，在生產熱力的過程中由于技術水平限制及監管不到位等原因，污染物排放量大，造成了一定程度的大氣污染。近年來粗放型的用能模式帶來的資源浪費和環境污染問題越來越受到重視。

1“智慧供熱”體系建設

“智慧供熱”是大數據和“互聯網+”技術在供熱領域的垂直行業應用。從熱源、熱網到熱用戶全過程的“智慧供熱”，可有效實行節能降耗，在減少排放污染物含量的同時優化熱能資源配置;“智慧供熱”是提高城鎮供熱安全性、可靠性和舒適性的有效手段;是提升供熱保障能力、企業管理和服務水平的重要基礎。大力發展“智慧供熱”，將有效推動中國城鎮供熱的“清潔低碳、安全高效的轉型升級”。城鎮供熱智慧化建設要在企業級和城市級兩個層面展開，企業級要建設“智慧供熱”生產管理、環保監控、安全保障、供熱服務和企業管理等系統，城市級還要建設城市“智慧供熱”監管指揮系統。主要包括：生產管理系統、環保監控系統、安全保障系統、供熱服務系統、企業管理系統、城市供熱監管智慧系統。“智慧供熱”系統是基于信息物理系統的“智慧供熱”、基于模型預測的供熱過程控制、基于人機融合智能的智慧交互。“智慧供熱”作為當前中國經濟新舊動能轉化升級過程中的重要驅動力，其價值主要體現在使供熱行業加速實現“兩化融合”與智慧升級，順應新時代社會經濟發展需求，主動融入“數字經濟”和新型城鎮化建設，突破供熱行業自身發展瓶頸，滿足人民群眾對美好生活的需求。能實現如下價值：（1）支撐清潔供熱，提高供熱系統能效。智整供熱技術能夠綜合分析供熱系統的運行工況條件，面向環保、成本、安全等多重優化目標形成“源-網-荷-儲”全過程協同調度運行方案，實現供需平衡;能夠提高供熱生產運行調控決策的科學性和及時性，支撐清潔供熱提升系統綜合能效;能夠降低檢修維護人員的工作量，實現設備狀態檢修利護性維護。（2）提升供熱生產的安全性和可靠性。城鎮供熱事關城鎮居民的人身及財產安全，實現供熱系統的安全穩定運行是“智慧供熱”的重要價值體現。“智慧供熱”能夠通過“數字孿生”模型的預測分析，顯著提升供熱調控操作的預見性和科學性，能夠顯著提升應急事件及運行故障的處置能力;能夠借助物聯感知系統全面及時地掌握供熱運行中存在的危險因素，閉環跟蹤監督安全相關工作的執行情況;能夠優化供熱系統的規劃、設計、擴建、整合、改造的技術方案。（3）提升用戶服務水平實現按需舒適用熱。“智慧供熱”能夠更好滿足熱用戶對熱的多樣化需求，提高供熱系統對動態熱負荷需求的靈活響應能力，實現“按需舒適用熱”;還能夠支持能源系統的需求側響應，應對智慧能源、能源互聯網發展，實現供需互動。

2智慧供熱系統提升改造技術研究

2.1供熱系統智能控制研究

本次供熱機組余熱優化研究方案的主要創新點是將智慧城市物聯網技術即新一代IT技術充分運用于汽輪機余熱供熱自控系統中，把各類智能感應器嵌入和裝備到溫度表、壓力表、流量表、管道泵及節流閥等設備中，然后將“物聯網”與現有的互聯網相結合，實現智慧城市供熱系統智能化控制。在這個控制網絡中，上位機設置能力超級強大的中心計算機群，實現對供熱系統網絡內的人員、機器和設備的實時管理與控制，在此基礎上，操盤人們可以更加精準的管理供熱系統的運行，達到“智慧”狀態，提高余熱利用率。

2.2高效的熱源

冷熱電三聯供實現了多能供應，相比燃氣鍋爐，更能體現“溫度對口，梯級利用”的用能原則。近些年來聯供技術在區域供暖方面的應用日益廣泛，同時，合理高效地利用各種余熱資源和可再生能源進行供熱，也是降低供熱能耗、實現清潔供熱的重要途徑。吸收式換熱技術可用于熱源和熱力站處，提升能量利用效率。具體來講，在熱電廠處設置以凝汽式汽輪機排汽為驅動熱源的吸收式熱泵，可充分利用排汽余熱;在熱力站處設置吸收式換熱機組，使熱網回水溫度降至20℃左右，從而增大供回水溫差，提升熱網供熱能力。熱泵技術利用高品位電能實現熱量的獲取，相比電能直接轉換成熱能，地源熱泵、空氣源熱泵等設備能夠有效提高制熱效率。

2.3無人值守換熱站

無人值守換熱站包括換熱站供熱參數的實時采集、視頻監控、液位及系統異常報警、系統遠程控制，是作為智慧供熱建設中重要的一環。換熱站智能監控系統能夠在無人值守的情況下實現以下功能：系統在自動運行狀態時，PLC通過采集管網數據，如一次側及二次側的壓力、溫度、流量等數據，引入室外環境溫度參數建立控制策略模型，達到自動控制的目的。無人值守換熱站改變了傳統換熱站人工值班的工作方式，大大地解放了人力資源，提高了換熱站的綜合智能化水平;同時，遠程監控報警系統不僅可以在換熱站發生故障的第一時間內通知專業的工作人員，及時遠端排除故障，而且可以綜合各個換熱站的實時信息制定合理的控制策略，從而實現熱量的最優分配和供熱品質的提高。

2.4故障診斷及安全保護系統

智慧城市供熱系統引入GPRS全球定位功能，能夠準確定位儀表的具體位置，同時供熱控制系統中的各個測點均設置有故障診斷信號，如果某一設備故障，監控管理控制中心不僅能夠檢測到此故障信號，而且能夠準確定位到該設備的具體位置，以便快速解決故障，實現供熱系統安全、穩定運行。

結語

本文從供熱行業面臨痛點出發，積極跟蹤智慧供熱的關鍵技術，打破傳統供熱模式，加強企業內部的業務創新學習，發展數字化增值服務。在供熱自動化技術、工藝的基礎上，積極跟蹤并利用物聯網及大數據、人工智能等技術，針對供熱“熱源、網、站泵和用戶”提供端到端全流程的業務賦能供熱行業高質量發展中總體規劃出發同時積極開展單項工程的自動化、信息化和數字化改造的可行性研究，通過測算實施智慧供熱的投資回報率ROI來挑選出經濟效益好的項目作為智慧供熱試點項目建設推廣。

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