智慧供热在分布式燃气供热中的应用与优化提升

杨春华 余杰

【摘要】21世纪以来，我国进入快速发展的新时期，经济迅猛发展，社会不断进步，我国大部分供热企业的供热运行模式已完成了由人工运行向自动化运行的转变，但由于缺乏对供热信息化和智慧供热节能潜力定量化的全面了解，供热运行仍有待完善。为降低运营成本，减少能源浪费，基于天然气清洁能源供热，以智慧运营平台为核心，以自动化控制系统为基础，搭建了一套分布式供热智慧运行系统。通过打通供热系统全数据链条，运用大数据分析及人工智能算法技术，对临沂市桃园小区等供热项目进行智慧供热改造。从热源侧负荷响应及管网侧热力平衡优化入手，总体室内平均温度在20℃，能耗较前一年降低20%，节能效果显著，可为已建和新建供热系统的改造及运行提供技术支撑。

【关键词】智慧供热;智慧运营平台;供热优化;能耗

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.

22.207

随着国内“互联网+”智慧能源的发展，智慧供热已经成为传统供热工程的重要发展方向。基于供热系统中数据获取、传输和分析的过程，智慧供热技术架构主要包括物理系统层、物联感知层、智慧控制层、系统安全技术和标准化体系建设。物理系统层关键技术包括高效的热源、热网水力平衡、储热、热电协同等;物联感知层关键技术包括数据的全面感知和数据的有效传输;智慧控制层关键技术包括多元热网优化控制、大数据分析和综合评价体系;系统安全技术主要分为管理体系、技术体系和运维体系;标准化体系建设主要涉及热网物理系统和信息系统的相關标准。为进一步推动智慧供热的发展，需要不断提高供热系统的信息化、数字化和智能化水平，合理有效地利用太阳能、地热能、生物质能等可再生能源实现绿色供热;将热力系统与电力系统、天然气系统深度耦合，充分利用不同能源的特性;激发用户的节能意识，并基于大数据、云计算等信息技术改善供热质量和拓展供热服务;鼓励和支持各项供热新技术、新模式的试点工作，理顺供热收费机制，并通过出台相关政策和标准引导智慧供热发展。

1、“智慧供热”体系建设

“智慧供热”是大数据和“互联网+”技术在供热领域的垂直行业应用。从热源、热网到热用户全过程的“智慧供热”，可有效实行节能降耗，在减少排放污染物含量的同时优化热能资源配置;“智慧供热”是提高城镇供热安全性、可靠性和舒适性的有效手段;是提升供热保障能力、企业管理和服务水平的重要基础。大力发展“智慧供热”，将有效推动中国城镇供热的“清洁低碳、安全高效的转型升级”。城镇供热智慧化建设要在企业级和城市级两个层面展开，企业级要建设“智慧供热”生产管理、环保监控、安全保障、供热服务和企业管理等系统，城市级还要建设城市“智慧供热”监管指挥系统。主要包括：生产管理系统、环保监控系统、安全保障系统、供热服务系统、企业管理系统、城市供热监管智慧系统。“智慧供热”系统是基于信息物理系统的“智慧供热”、基于模型预测的供热过程控制、基于人机融合智能的智慧交互。“智慧供热”作为当前中国经济新旧动能转化升级过程中的重要驱动力，其价值主要体现在使供热行业加速实现“两化融合”与智慧升级，顺应新时代社会经济发展需求，主动融入“数字经济”和新型城镇化建设，突破供热行业自身发展瓶颈，满足人民群众对美好生活的需求。

2、智慧供热在分布式燃气供热中的应用与优化提升

2.1“智慧供热”平台搭建

（1）数据感知层：系统的数据来源，包含摄像机、计量传感、气象参数、地理坐标、文档资料、设备模型等。（2）网络层：实现通讯功能。（3）数据采集及处理层：部署大数据平台，实现数据汇聚、数据清洗、数据分发、数据存储，将数据分发给热网监控系统、热网自动平衡控制层和平台应用层。（4）热网自动平衡控制层：可以有效地针对热网大惯性、长时滞、稳定性差和水力耦合性强的问题，解决热网普遍存在的水平水力失调、冷热不均的问题，大大的提高供热质量，有效地节约供热能耗，为热力公司带来经济效益。（5）平台应用及智慧决策层：支持运行地理信息系统、生产调度系统、设施管理系统、能耗分析系统、应急管理系统、客户服务系统、OA协同办公系统、经营收费管理系统、水力分析系统等功能开发。（6）展示层：通过展示大屏、web浏览器、客户端及移动APP向客户发信。“智慧供热”综合管控平台以大数据、建模仿真、人工智能等技术统筹优化系统内的所有资源，集数据采集、汇集、分析服务与一体，通过数据采集、汇集、分析、描述、诊断、预测、决策来提高供热资源配置效率，降低供热运行成本，打破热力公司各部门间的信息孤岛，实现各业务系统数据的数据共享和数据挖掘，同时为领导层管理决策提供数据支撑。实现对企业资源进行更加科学有效的管理，提升企业服务水平和综合竞争力，促进传统产业从粗放型向集约型转变。符合新时期节能环保、智慧绿色供热的行业需求。

2.2热用户智慧控温

通过在热用户处安装分户计量表，实现按需供热，一是蒸汽供热用户，可以实现在线监控，降低网损;二是热水供热用户，加装分户控制的电动调节阀，可以实现在线的无线自动调节和控制。在典型用户室内安装温度无线上传系统，对二次网中前端用户、中端用户、后端用户以及边角用户，顶层和不热点进行在线监测。公建用户有白天和夜间上下班的区别，可以在不同楼宇安装时间控制器和电动调节阀，实现根据时间进行阀门开关和流量控制。安装室外温度测点，根据天气情况制定二次网温度运行曲线，根据天气变化调节供热量，控制燃气消耗量。在用户管理方面，通过计量收费系统实现峰谷平分段计价、阶梯计价等各种灵活计价方式，并将移动支付平台搭建在系统中，有效减少能耗的同时提高运营管理效率。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。

2.3热平衡调节系统是实现供热系统热力平衡的关键，也是重中之重。通过热平衡调节系统，一方面优化远端、近端热力平衡，另一方面有助于解决楼宇单元间热力失调问题，从根本上实现供热系统热力平衡。传统设计方案中单元立管处仅设置手动开启关闭阀，缺乏量化调节数据支撑，调节性较差，不可避免地造成管网热平衡失调，导致近端过热、远端不热等问题，从而造成能源浪费，供热效果不佳。而立管是热力系统管网热平衡调节的终端，立管热平衡调节不到位，会直接导致各楼层间户内温度不一致。在单元立管加装电动调节阀和无线温度采集器，可进行二次网平衡的提升，实现单元回水温度无线上传，实现所有单元供热温度的在线监控和智能调节。

结语：

本文从智慧能源管理系统出发，以智慧运营平台为核心，以机电及控制系统为基础，将智能化硬件改造和供热系统运营服务融为一体，构建了包含供热自动化控制系统和智慧运营分析平台的智慧供热系统。同时将其中的供热站负荷响应系统、管网热平衡调节系统、末端热舒适度保障系统、末端保障优化方案运用于临沂市桃园小区等供热项目中，结果表明，采用智慧供热后，该小区分布式燃气供热系统供热质量较之前大大提高，整个采暖季室内平均温度高于20℃，基本实现恒温供热，供热系统能耗无论气耗、电耗还是水耗较前一个供暖季大幅减少，居民反映良好。

参考文献：

[1]周青.城市集中供热智能化与智能热网的构建研究[D].济南：山东大学，2015.

[2]王庆峰.集中供热系统运行调节优化及热负荷预测方法研究[D].济南：山东大学，2010.

[3]孙思维.信息化在集中供热系统中的应用与分析[D].北京：北京建筑大学，2015.