基于工业集中供热的智慧供热系统技术及应用

吴卿晖

（福建晋江热电有限公司，福建 泉州 362200）

1 引言

随着大气环境污染问题日益严峻，越来越多城市大力发展工业集中供热。但是，由于种种原因，集中供热管网系统的智慧化发展却较为滞后，在供热经济性和安全性方面未取得很好的平衡，管理上也缺少精细化和智慧化的管理手段。近年来，伴随着电子检测技术的进步、信息技术的发展以及大数据时代的到来，通过智慧供热系统技术的应用，有望满足工业集中供热安全、经济、节能、环保、减员等多方面的需求。

2 目前中国集中供热系统存在的主要问题

随着蓝天保卫战的打响，取缔小锅炉，集中工业供热成为趋势，但集中供热发展过程中，却始终存在着规划建设管道与实际需求不匹配、规划路线变更、企业新增或搬离等现象，造成集中供热管网系统存在管线分布复杂、敷设距离远、用户分布广等情况，目前集中供热系统主要存在以下一些问题。

2.1 供热协调控制难度大

供热系统中的各个环节并不是相互隔离独立的，而是相互存在关联和交互，管网的各个环节的联动实现了供热系统的动态平衡。

传统的供热系统由于缺少监测点等关键信息，基本是由热负荷需求来调整供热量，加上管网不确定、波动性、大滞后等特性，供热协调控制难度大，不能实现系统本身的自我调控。

2.2 硬件设施落后

供热管网的建设时间普遍较长，许多热力传输管网、减温减压装置、疏水阀门等主要设施老旧情况严重，很多地方锈迹斑斑，无法实现管网系统数据的在线监测和控制，整个系统运行需要大量的人力资源，供热信息的记录流于形式，信息数据的归档和分析也就无从谈起。

2.3 系统中各环节关联性差

工业热网系统主要由热源点、供热管网、热用户组成，这些构成要素间相互影响，不可剥离。整个系统的热源供应能力、管网分布、用户分布、设备组成等各环节需要实现互动与信息的交换，否则终端运行环节的信息反馈不到前端，也就起不到通过信息共享来优化改善系统的效果。

2.4 运行存在安全隐患

由于集中供热管网普遍敷设距离长，管网交错复杂，管线敷设既有采用架空方式的敷设，也有采用埋地方式的敷设，管网安全运行面临严峻挑战。传统热网系统对管道安全运行的监测行为仍停留在定期巡检，无法实现实时监测，也无法做到从被动应对转为主动防范。

2.5 热用户管理难度大

工业集中供热的用户遍布周边工业园区，分布于各行各业，不同用户的淡旺季时间和昼夜用汽方式差别很大，传统供热系统无法针对不同情况进行合理定价和供汽，从而导致不同用户享受的服务不同。用户的不规范用汽行为和收费困难等问题也需要通过智慧供热系统进行精细化规范。

基于以上传统供热系统存在的不足，智慧供热系统技术应运而生。相比较于传统的热力系统，智慧供热系统通过应用大数据，以供热信息化和自动化为基础，实现了热力供需平衡、智能化、高效化的管控系统。

3 智慧供热系统技术的系统构成与特点

3.1 智慧供热系统的构成

硬件方面，智慧供热系统主要由温度、流量、压力、振动、位移等各类信息采集装置以及智能调节阀、智能监控摄像头、巡检无人机、无线通信设备等设施组成。共同构成了供热系统热源点、供热管网、热用户全过程各环节状态的在线测量与调控手段，为系统协调统筹优化运行提供了可能。

软件方面，智慧供热系统主要包含远程抄表系统、GIS地理信息系统、巡检系统、安全管理、用户管理、设备管理、互联网云系统、计量收费系统、负荷预测协调系统、能耗损失监控系统等子系统。这些子系统中的信息会通过互联网共享到整个供热网络中，为整个热网的智能化运行提供基础的数据支持。

3.2 智慧供热系统技术的特点

智慧工业供热系统的建设以信息系统与物理系统深度融合为技术路径，具有自感知、自诊断、自优化特征，能够支撑供热系统运行过程中人的思考决策。系统运行时将各个子系统中的信息共享读取，全面而深入地掌握供热系统中方方面面的信息，根据管网供热能力、热用户淡旺季和昼夜用量变化等因素，在计算机上对用户的热能需求进行模拟，智能控制热源的热力供应大小，从而实现热能的智能化、个性化供应。同时，各类信息互联互通，也为安全监测、用户管理、设备管理提供智慧化升级空间。智慧供热系统技术主要有以下一些特点。

从整体系统的角度看，将热源、热网以及用户有机结合起来，实行统一调控，在智慧热网系统内实行“宏观调控”，进而对不同等级能耗进行分析研究，达到降低成本的目的。

以云计算技术和互联网为工具，实现供热系统的负载预算、热源生产的仿真、热力管道情况的实时监测，最后分析监测到的结果，并通过机炉协调控制、降温减压装置、智能调节阀设备等实现系统的智能调节，平衡热力系统的供需平衡。

实时监测供热系统的工作情况，出现异常情况时自动报警，信息采集终端会进行报警信息的读取和分析，提供异常解决措施，并根据安全性和可靠性要求，切换或剔除一部分设备，从而保证供热系统持续稳定运行。

借助互联网技术的发展，智慧热网的管理人员不必再到现场，而是可以通过移动终端访问智慧热网系统，调阅整个热力供应系统中各个监测点的工作情况记录、用户能耗等，系统运行的异常记录也会发送到相关部门，以便对供热系统进行优化升级和改造，进一步提升供热系统的安全性、经济性、智能性。

智能监控摄像头、无人巡检机器人、远程控制阀门等热网组件的出现，弥补了传统供热管网管理方式的不足，打破了以往供热系统的技术壁垒，使供热模式由粗犷式向精细式过渡，提升了对供热系统的管控水平。

4 智慧供热系统技术的应用发展

通过监控热网系统各环节的参数，将各物理系统和信息系统有效协调起来，实现智慧化升级，其技术的应用场景主要包括以下几个方面。

4.1 热源点

在所有的热力供应机组与热网管道出口位置安装流量、温度、压力传感器和能耗计量设备等，准确获得热网各环节的信息动态。采用“基于模型做预测，基于预测做决策”的技术路线构建大数据分析的负荷预测协调系统，利用建立供热系统的模型，以预测模型为中枢神经纽带，周期性对供热系统进行全局统筹和协调控制，解决强耦合、大延迟的调控难题。优化供热出口的数据设定和对热源机组的效率进行跟踪，分析供热系统各环节的能量流失率和系统的整体工作效率，优化热源供应与供热需求之间的供需关系。

4.2 供热管网

在埋地管道重点部位如排潮管、桥梁、桁架、管线末端、人口密集区等重点监控区域，对管道振动、温度、位移状态数据进行采集，并通过布置智能监控摄像头对蒸汽跑冒滴漏现象、人员危险行为、管道末端疏水异常等问题进行实时报警。

利用GIS 地理信息及巡检系统，通过人员路线规划巡检或无人机巡检的方式，将供热管网设备缺陷等异常信息及时录入系统，联动设备台账系统，形成检修计划及故障统计。在安全运行指导、故障诊断分析技术的帮助下，为供热管网安全、经济、稳定运行保驾护航。

4.3 热用户

在供热管网运行蜂蜜，利用终端计量装置测量热用户接入管道的蒸汽温度、压力及流量，并将记录到的蒸汽状态参数同步到热网管理中心，热网信息处理中心再将收集到的信息与目标值进行对比，判断当前热力供应是否需要调节。某一用户端出现异常信息时系统会自动报警并分析故障原因，相关技术人员可以借助专家诊断功能，恢复系统的正常运行。

在用户管理方面，通过计量收费系统实现蒸汽峰谷平分段计价、阶梯计价等各种灵活计价方式，将移动支付平台搭建在系统中，进一步延伸出支付、融资、众筹等产品，这样就可以将热用户、银行、供热公司三方的金融资源整合，提升资金使用效率。通过在热用户处设置智能控制阀和控制器，在线调节智能控制阀的开合度，对缴费不及时或信用低的用户调整热力供应流量，减小资金风险。

5 结语

综上所述，科技水平不断发展、人民对生活质量需求不断提高的大背景下，集中供热管网也需要与时俱进，满足高质量发展的要求。智慧供热系统的建设，解决了传统供热体系的能耗高、供需失衡、安全监测水平低、管理粗糙等问题，实现供热模式由粗放型向精细型的转型。文章简要分析了当前中国工业集中供热的现状，分析了智慧供热系统的特点及其应用，希望能为工业集中供热系统的建设以及优化升级提供支持。