智慧供熱助力城市節(jié)能減排

陳 爽

（天津市節(jié)能協(xié)會 天津 300193）

引言

隨著社會發(fā)展和進步，我國不少地區(qū)“城市病”問題將日益凸顯。為實現(xiàn)城市的可持續(xù)發(fā)展，從根本上解決城市發(fā)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(fā)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(tǒng)的集中供暖雖然解決了大部分片區(qū)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(xiàn)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(yōu)化配置，努力實現(xiàn)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(tǒng)中存在的節(jié)能減排問題

1.1 管理方面

從管理層面出發(fā)，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(xiàn)重疊和不合理現(xiàn)象，造成一定的浪費。部分供熱單位的管理制度和控制系統(tǒng)并不超前，競爭機制不盡完善，也會存在個別規(guī)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(huán)境造成污染。供熱管網(wǎng)會因老化或設備老舊等原因，產(chǎn)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(huán)路的流量輸配出現(xiàn)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(tǒng)規(guī)劃設計、系統(tǒng)建造、人才培養(yǎng)、運行維護、供熱服務全壽命的各個環(huán)節(jié)及相應系統(tǒng)的優(yōu)化集成，用于解決供熱行業(yè)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(xiàn)資源優(yōu)化。在保證供熱設備安全運行的前提下，最大限度地節(jié)能環(huán)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(tǒng)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(yǎng)。

2.2 智慧供熱的特點

從供熱發(fā)展趨勢上來看，城市級熱網(wǎng)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(fā)展，以企業(yè)或區(qū)域為單位的中小型熱網(wǎng)將越來越多，最終匯入到城市級熱網(wǎng)，尤其是大中型城市的熱網(wǎng)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(wǎng)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(xiàn)有的供熱系統(tǒng)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(yè)化的兩化融合，實現(xiàn)在安全的前提下對整個熱網(wǎng)調控給出最優(yōu)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(jié)能環(huán)保。因此智慧供熱系統(tǒng)具有可監(jiān)測、可調節(jié)、可計量、可預測的特征，能夠實現(xiàn)系統(tǒng)的綠色、安全、經(jīng)濟、高效運行。具體來看，智慧供熱主要體現(xiàn)在智能調度、智能調節(jié)、智能診斷、智能維護、管理及服務[1]等方面：

（1）智能調度。系統(tǒng)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(wǎng)、換熱站、末端用戶的運行模式，優(yōu)化調整調度方案，達到節(jié)能減排效果。

（2）智能調節(jié)。熱用戶可以根據(jù)自己的溫度需求對室溫進行調節(jié)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(shù)據(jù)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(xù)提出解決方案提供依據(jù)。

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

3 智慧供熱系統(tǒng)中的節(jié)能減排

供熱運行管理系統(tǒng)、客戶服務與評價系統(tǒng)、收費管理與支付系統(tǒng)是智慧供熱系統(tǒng)主要內容。其中供熱運行管理系統(tǒng)就是將傳統(tǒng)低效的管理和運行方式進行改進，減少資源浪費現(xiàn)象，保證熱源、熱網(wǎng)和末端的每個環(huán)節(jié)的高效節(jié)能運行。具體來說就是，建立熱源、一次網(wǎng)、換熱站、二次網(wǎng)、樓棟熱力入口、熱用戶等數(shù)據(jù)信息系統(tǒng)，通過有線、無線互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)信息共享，利用系統(tǒng)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(wǎng)水力分析計算模擬，并實時進行熱網(wǎng)遠程智能優(yōu)化運行調節(jié)控制。

3.1 供熱信息系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要由熱網(wǎng)系統(tǒng)、地理信息、氣象信息、智能監(jiān)控系統(tǒng)、安全管理、用戶室內溫控及遠程抄表、熱計量收費系統(tǒng)、能源統(tǒng)計等組成[3]。供熱信息系統(tǒng)能夠高效收集各類技術參數(shù)，節(jié)約了大量的人力物力。而各個子系統(tǒng)數(shù)據(jù)可以為供熱信息系統(tǒng)實現(xiàn)智能化運行和實現(xiàn)資源合理利用提供技術支持和數(shù)據(jù)基礎。

3.2 熱源環(huán)節(jié)的智慧化監(jiān)控調度

無論是單熱源局部區(qū)域供熱，還是多熱源的聯(lián)網(wǎng)供熱，都需要將熱源的生產(chǎn)情況傳輸?shù)街腔蹮峋W(wǎng)調度平臺。在熱源各機組和主管網(wǎng)出口安裝溫度、壓力、流量和能耗計量裝置，監(jiān)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(shù)據(jù)；系統(tǒng)計算分析各環(huán)節(jié)能耗、各機組效率、預測熱負荷，根據(jù)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(jù)調度預案制定熱源出口參數(shù)的運行策略，輔助于實時天氣情況的修正，提前協(xié)調安排熱源生產(chǎn)的規(guī)模和參數(shù)，保證供熱管網(wǎng)運行穩(wěn)定，根據(jù)需要優(yōu)化調度熱源生產(chǎn)，減少能源浪費，進而減少污染物排放。

3.3 換熱站環(huán)節(jié)的智慧化監(jiān)控

換熱站內需要安裝熱計量表、調節(jié)閥、變頻等智能設備設施。供熱調度監(jiān)控平臺根據(jù)生成的需熱量目標值通過對換熱站智能調節(jié)閥實現(xiàn)自控運行[2]，使實際運行參數(shù)與目標值相匹配。此外，換熱站需要監(jiān)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(shù)據(jù)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(xiàn)可自動報警，調度人員會通過參數(shù)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(jiān)控來監(jiān)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(xiàn)場處理。此外，同時在非運行期還可以進行安全保衛(wèi)監(jiān)控。

3.4 建筑單元熱力入口環(huán)節(jié)智慧化監(jiān)控

監(jiān)測熱力入口處的供熱參數(shù)，根據(jù)系統(tǒng)生成的目標值遠程自動調整閥門開啟度[2]?？梢匀鎸崿F(xiàn)二網(wǎng)的動態(tài)水力、熱力平衡調節(jié)，進而使供熱管網(wǎng)運行調節(jié)靈活實現(xiàn)分階段變流量的運行調節(jié)模式，在供暖初期、末期、寒期優(yōu)化能源消耗，實現(xiàn)單位建筑的遠程自控動態(tài)溫控調節(jié)，達到節(jié)能減排效果。

3.5 熱用戶環(huán)節(jié)智慧化監(jiān)控

用戶供水溫度、回水溫度、流量等計量參數(shù)和頂樓、邊戶、底戶這類典型用戶的室內溫度數(shù)據(jù)傳送到供熱調度監(jiān)控系統(tǒng)。供熱調度監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)上傳數(shù)據(jù)與目標值進行對比，為整個熱網(wǎng)運行參數(shù)智能調節(jié)進一步的細化修正提供數(shù)據(jù)依據(jù)，可以實現(xiàn)更加精準的調節(jié)控制，節(jié)約能源。此外，熱計量運行參數(shù)出現(xiàn)異常時還可以進行自動報警，監(jiān)控人員可根據(jù)報警及時處理，進行遠程操作開關調控，確保熱網(wǎng)正常運行。

4 智慧供熱節(jié)能減排的效果

智慧供熱與傳統(tǒng)供熱的區(qū)別是“智慧”，就是將服務延伸至供熱建設的各個環(huán)節(jié)及全壽命周期。整個供熱系統(tǒng)將向高效率、高質量、精細化、低污染、低消耗、低成本、人性化發(fā)展。達到系統(tǒng)安全可靠、能源利用高效、低碳清潔經(jīng)濟的效果。城市供熱系統(tǒng)中存在的節(jié)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(wǎng)云平臺”，實現(xiàn)源網(wǎng)一體化智能化管控，基于此平臺的管控，已實現(xiàn)了區(qū)域內28 個熱力入口的源網(wǎng)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(shù)據(jù)，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(jié)，實現(xiàn)三級供熱精準化管控，大幅減少熱量消耗，實現(xiàn)節(jié)能減排。

未來城市級供熱管網(wǎng)的能源互聯(lián)與服務互聯(lián)是大趨勢，它的建設和應用，能夠加強供熱行業(yè)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(jié)能管理；能夠提高供熱質量評價與保障。大數(shù)據(jù)如今已經(jīng)應用廣泛，但是真正去做好這項工作的城市和企業(yè)還不多。智慧供熱通過數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)分析、大數(shù)據(jù)挖掘、運維監(jiān)控等，建立供熱管理和運行的大數(shù)據(jù)平臺，將是在節(jié)能減排、霧霾治理新形勢下，提升管理水平和效率的發(fā)展方向，使供熱系統(tǒng)更加安全、智能和綠色，促進城市的和諧、可持續(xù)發(fā)展。

結語

智慧供暖系統(tǒng)投入和使用，可以將運行中各種情況更加直觀的展現(xiàn)，它可以通過數(shù)據(jù)來判斷整體的生產(chǎn)運行情況，通過遠程監(jiān)控對設備設施進行相應的檢測和控制。系統(tǒng)可以對換熱站進行相應的溫度、壓力、流量的實時調節(jié)，從而實現(xiàn)末端用戶室溫和熱源檢測數(shù)據(jù)的相互匹配，以確保出現(xiàn)問題可以及時快速調整，避免能源浪費，真正實現(xiàn)“無人值守，遠程操控”，大大節(jié)約了資源。它將是實現(xiàn)節(jié)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(huán)。