基于工业集中供热的智慧供热系统技术及应用

吴义勇

中节能先导城市节能有限公司 湖南长沙 410000

当前，工业互联网、云计算、大数据、人工智能等新一代信息技术在复杂生产系统的运行管理、调度控制和要素配置方面展现出强大的能力，发展智慧供热已经成为我国供热行业的共识[1-2]。

1 “智慧供热”的意义

发展“智慧供热”，对于实现全面清洁供热具有重要意义：①通过信息系统与供热系统色深度耦合，赋予供热系统“神经”和“大脑”，加强供热系统的智能化建设，建设“源-网-荷-储”一体的统筹发展、优势互补的能源型互联网。②基于新一代信息技术与供热行业融合的新业态，可推动供热服务的智能定制，合理引导供热需求，培育智慧用能新模式。③依托“互联网+”平台实现智能收费和智能客服，在新兴的物联网、大数据和云计算等基础上建设供热行业的调度、管理和实时监测信息平台。提升生产管理水平；四是供热系统作为城镇的重要基础设施，其智慧化升级将推进智慧城市建设，提升资源利用和配置效率，优化城市治理[3]。

2 供热质量助力节能减排

通过监控平台可以知道全省任何城市供热小区的实时供热状况，可以看到每个城市任一热力站、热源等的运行情况。绿色是正常运行，变红就有问题，问题出在哪儿，都能及时知道，并会进入督办、转办环节，要求当地马上核实，解决问题，报告工作进展。这就形成了线上线下相互配合、相互联动的组织机制。以石家庄为例，室温低于18℃的小区，在分析之后可知，多半是老旧小区，建筑节能功能差，围护墙没有外保温，单玻窗户，跑风漏气。这些小区将被列入下一年的老旧小区改造项目，把供热改造作为重点。通过监测平台，也可以看到有约15%的室温在24℃及以上，这部分供热小区就是今后采取节能降耗的目标小区。另外，监控平台还有环保监控系统、安保系统、企业管理系统等，这些系统在监控平台上互联互通，最终实现整个供热系统的智能化、信息化，提升供热保障能力，实现节能降耗减排等目标[4]。

3 智慧供热系统技术的应用发展

3.1 “智慧供热”平台搭建构想

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。宁电投热力“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[5]。

3.2 基于3D-GIS的供热管网数字孪生技术

通过现场快速采集技术，可高效准确地建立供热系统的数字孪生模型，提供可交互的虚拟供热系统，将实际运行数据与仿真模拟数据持续对比，达到精准仿真、控制和可视化运维，降低维护成本、提高运营水平。对于传统2D水力模型，需要依据详细的图纸资料进行建模。管网的拓扑结构由于建模软件的限制需要被大量简化，局部阻力需要按沿程阻力倍数估算、模型阻抗数据由物理公式直接计算，模型与真实管网差异较大，模型准确度不高，难以辅助实际供热系统进行运行调度。对于供热管网简单3D模型，在建模时不仅需要详细的图纸资料还需要进行3D采集，并利用3D建模软件建模。在建模时，移动端对管网设备和建筑进行快速定位、录入、上传，通过云计算处理中心将数据分类整理，结合PC端快速建模算法进行3D建模，最终实现建筑与管网设备在云端最接近真实的虚拟映射。通过适配各方传感器设备，动态获取运行数据，实时展示管网、站点运行数据，配套监测点部署指导，了解管网动态。基于大数据及数据修正算法，系统对于丢数、坏数自动进行修复和剔除，解决因传感器安装条件或位置带来的系统误差问题，不断校核完善数据模型，更准确地指导实际运行。在计算换热器压降或水泵扬程时，高差造成的系统误差普通系统是无法避免的，采用基于数字孪生的空间自辨识技术可以将因传感器安装位置带来的系统误差问题彻底解决[6]。

4 结语

综上所述，对于供热区域为相同年代的建筑物，地暖电耗、热耗均高于散热器。热力站电耗、热耗与室外温度有着密切的关联，严寒期＞初期＞末期；严寒期因部分用户私自放水，水耗高于初、末期。通过供热源增大容量并形成热源联网、供热网提高直埋技术来共同提高供热效率，同时提高工作人员水平和用户的节约意识，使集中供热更高效、更环保。