浅谈智慧供热技术在大型供热管网中的应用

贾雨 田瑞杰

【摘要】随着城市集中供热面积及供热规模逐渐扩大，系统形式也越来越复杂，对供热公司的运行管理水平提出了更高要求。而智慧供热技术的发展为助力实现城市大型热网的“均衡输送、按需供热”提供了有力支持。热力通过建立热网运行调节的实时运行参数传输平台、智能分析平台、远程监控平台，配套增加现场调控设备，实现基于自动控制、自动节能运行的智慧供热技术方案，为城市大型热网技术升级、节能运行和提高效益指示了方向。

【关键词】智慧供热技术；大型供热管网；应用

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021. 11.074

1、智慧热网（智慧供热）原理

“互联网+”智慧能源是一种互联网与能源生产、传输、存储、消费以及能源市场深度融合的能源产业发展新形态，具有设备智能、多能协同、信息对称、供需分散、系统扁平、交易开放等特征，通过推进信息系统与物理系统在量测、计算、控制等多功能环节上的高效集成，实现能源互联网的实时感知和信息反馈，建设信息系统与物理系统相融合的智能化调控体系。伴随新一代信息技术的飞速发展，互联网、大数据和云计算等技术与各行业加速融合，“互联网+”智慧能源这一理念正呈现从第三产业向第二产业渗透、融合的趋势。

2、智慧热网关键技术

2.1基于机理与辨识相结合的建模仿真

在智能热网系统中，主要采用机理建模方法对热网进行建模。这种结构-机理模型可以细化到管径、管材、管长、弯头、保温层厚度、阀门特性等参数，机理建模得到的仿真结果与实际运行状态必然存在一定的偏差。热网投运一段时间后，系统可以根据实测数据，通过辨识建模方法自适应地修改机理模型，提高仿真精度。

2.2基于大数据的分析与诊断

智能热网系统以供热系统的大量历史数据为基础，根据热用户的用气特点，分析负荷影响因素。结合季节、节假日、昼夜峰谷、天气等因素，采用回归分析法、神经网络法或模糊预测法等大数据分析方法，建立热用户负荷预测模型，预测未来负荷发展趋势，进而得出未来一段时期各热用户及整个供热系统的负荷发展趋势，为供热系统的预测调控提供基础数据，实现系统的供需动态平衡。此外，通过对运行数据的分析和处理，建立了供热系统蒸汽品质和网络设备的诊断模型，为供热系统的故障诊断和状态检修提供支持。

2.3基于智能算法的决策优化

以供热系统建模与仿真为基础，智慧供热平台能够支持供热系统运行调度决策的在线优化，实现供热系统的智慧化运行。其核心方法是，以仿真计算为“内核”，以并行智能优化算法为“外壳”，对特定运行条件下的多样化生产调度决策方案进行对比择优。

3、智慧供热技术在大型供热管网中的应用

3.1实现生产数据的集成与共享

感知层是智慧供热技术应用的基础条件，需要感知传输的数据包括热源出口数据、换热站运行数据、热计量数据和热用户室内温度等数据。与多数供热企业类似，公司在发展过程中已经具备了部分数据采集、自控功能，但是各种技术往往由不同厂家提供，而各厂家的平台及开发技术不尽相同。因此，在智慧供热建设过程中，首先要解决的是“信息孤岛”问题，即实现数据的互通互联，实现生产调度数据共享。平台实现了从用户→热力站→管站→热源的数据采集，对热、电、水等类型数据实现全面监控。

3.2实现基于大数据的智能调控与考核

基于大数据的智能调控是智慧供热的核心与关键技术。平台根据热力供热范围内热力站、供热机组的建筑特性、室外气象参数等确定科学合理的供热指标，精准下发供热参数、优化调控策略，实现精准供热、按需供热。此外，平台以热力站为单位，对耗热量、耗水量、耗电量进行量化考核，根据建筑特性等确定科学合理的量化考核指标。智能调控能够明确责任、督促提高供热大队、热力站各级管理人员的节能调控积极性，实现最大主动节能运行。

3.3实现基于GIS的设备管理与运维

该平台以GIS为基础，建立了管网设备的电子档案，对各设备的基本信息和维护记录进行管理；利用巡检功能建立设备维护档案，确保管道安全运行，实现人员的远程管理和调度；依托大数据和专家算法，对换热站各运行设备和热计量设备采集的数据进行分析，及时发现这些设备的故障信息，提示管理人员进行维护和维修，并下达生产指令。维修人员使用手机app接收设备维修订单；对运行设备的主动检测和智能检测，大大降低了人工成本和生产经营风险。另外，利用小区的室温数据和电子围栏，显示各采暖区的室温热点图，方便及时掌握各采暖区的采暖质量。

3.4加强二级网络均衡管控建设

目前，与一次网的控制水平相比，二次网存在关键节点数据缺失的问题，已成为制约精确供热的瓶颈。为避免二次网流量不均、用户冷暖不均等无法定量把握的问题，可根据实际情况从以下两方面进行改进：

（1）建筑热入口信息转换。在二次网各建筑物热入口的给回水管道上安装无线温度、压力传感器，实时采集给回水管道的温度、压力，实现异常数据分析、故障快速诊断等功能，訂单调度维护、能耗、水力平衡、保温性能分析等，最终实现二次网的水力和热力平衡。

（2）热用户入口的信息转换。对二次网所有热用户实现远程数据采集、与换热站自控系统数据联动、各热用户独立控制、全面智能控制等功能。

3.5室温制热调节

精确供热的目标是保证用户的室温，实现按需供热。气候补偿曲线、人工经验等粗糙管理都难以达到这些要求。因此，需要基于热用户的室内温度反馈，建立换热站的运行调节模式，建立针对用户供热需求的调节策略。综合考虑建筑热惯性和管网滞后时间是实现供热精细化管理的关键技术。控制方式应以室温为目标，保证不供过于求，真正实现按需供热。在考虑全网调节安全的基础上，逐步实现一条支线、一个子公司和全网的室温自动调节。

结论：

智能化管理可以帮助供热企业实时控制大量分散的换热站。由于供热效果受实际情况影响很大，如果不能实时准确地掌握各供热站的具体情况，很难实现各换热站的协调控制，降低成本、提高供热效果是空谈，这就需要引入物联网的概念，通过合理的数据采集和传输、处理，成功实现对换热站工作的实时监控，从而实现供热企业的发展和进步。

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