自动化技术在当代智能热力系统的功能提升中的应用

常周庆

(太原市热力集团有限责任公司，山西太原 030012)

1 概述

随着我国逐步进入“十三五”规划下的社会经济改革，各行各业开始进行智能化改造，其中，工业领域是智能化提升的主力。尤其是我国逐步提出“工业4.0”的概念，“互联网+”开始成为改革的风向标，对于能源企业来说，“节能降耗”是永恒的主题。目前，国家的能源利用逐步走向智能化和自动化，全国开始组建以“能源互联网”为载体的全局能源构架。其中，对于热力企业来说，热力系统是主要的能源系统，其如何有效的与“互联网+”技术进行融合构建智能热网，是目前研究的重点和热点。

目前，随着各行各业智能化水平的不断提高，热力行业也逐步开始应用先进的自动化技术来尝试达到“节能降耗”的目的。目前，区域供热系统中，存在大量的智能设备，从这些发送和接收设备中管理大量的实时信息是一项具有挑战性的任务。如何构建智能化系统是当前探究的重点和热点。

2 自动化技术在区域热网系统中的应用现状分析

区域供热系统(DH)是热源站到社会不同部门，如住所，各行业处所(例如:CBD群)的最佳供热方式。在DH系统中，热量通过管道网络从热力发电厂向最终用户传递，用于满足需求侧供暖和生活热水需求。它可以使用各种燃料和余热热量作为热源产热，也正是其可再生能源比例越来越高，所以区域供暖也为减少全球和当地的二氧化碳排放量起到了重要作用。除此之外，区域供热的突出优势在于它可以实现热电联产(CHP)，能够最有效地利用一次能源。欧盟委员会到2050年具有里程碑意义的路线图报告表明:在2050年整个欧洲达到80%的减排量，电力部门将需要几乎完全脱碳(95% ～100%)。因此，欧盟委员会的电力计划旨在到2050年用可再生能源替代燃煤发电，灵活的低碳方式将成为很长一段时间的主要能源形式。能源市场放松管制的程度越来越高，并且越来越关注节能建筑对DH系统的需求。因此，创新IT的创造和应用DH中的生态系统被认为是改善能源效率的必要方式。目前，中国正逐步引进新型自动化技术，且在热力系统广泛的应用，区域供热(DH)被认为是一种目前较为先进的供热形式，其可以利用多元化能源资源;这些资源涉及废热回收、热泵、蓄热、热电联产和可再生能源一体化。在供热系统运行期间，有大量的数据交互，在实际情况中，为了使用自动化技术构建智能热网系统，就需要一个内存和速度都满足的能源数据处理系统。

3 利用自动化技术实现提升区域供热系统的智能化

3.1 基于自控技术的用户侧热力系统的智慧热力脑

现代化的区域供暖系统配备监控和控制生产单元以及先进的系统控制室。这些系统主要集中在生产方和用户需求侧。基于SCADA系统获取外部和内部实时参数，与自适应控制系统一起使用，从而涵盖整个热力生产。另一方面，这个将是一个极其复杂的系统，可以处理大型实时的数据量。考虑到DH系统的动态改变属性，DH系统模型需要很高的计算时间和知识资源，知识推理和运营优化能力。因此，需要专注于开发快速高效的实时处理能量和用户行为的算法系统。在此基础上，进行有效的能源管理，系统将保持一系列目标(例如维持一个目标——每天为每栋建筑设定温度)，在这情况下，有必要监控内部和外部参数值(例如建筑物热量、天气数据)和网络预期状态之间的关系。

为了实现智能化控制，在DH系统中需要确保整体能源管理信息系统监控并为自主决策提供整体优化方案和预测功能。用户侧的热力智能化控制如图1所示，客户侧配备了先进自控技术，使客户能够在智能手机、平板电脑和PC的视觉帮助下，以应用程序的形式提供简单用户界面，来协助进行加热调整和优化运行。基于现有的各种能源项目应用速度，将有助于将智能化能源和移动解决方案整合到拟议的DH系统中，可以进一步使用这种智能应用程序加强供热公司之间的竞争力。

图1 用户侧的热力智能化控制系统

3.2 将自动化技术运用到区域供热系统——智慧热力的构架

自动化技术由于其优于传统控制的几个优点，成为流行的控制手段。典型的优势包括灵活性，可扩展性，高能源效率和低成本等。因此，预计它将来会成为热力系统主要的控制手段。自动化技术在DH系统中，应用内容广泛，包括:SCADA系统的应用、全网水力平衡调节、热力站无人值守的监控应用、循环泵的应用及分时段频率调节等方面，这些手段主要都是为了体现出节能降耗的目的。

图2 基于自动化技术的智慧热力系统的构架

通过在DH系统中使用如图2所示的基于自动化技术的智慧热力脑，我们不仅可以解决大型和分布式信息的问题管理，还可以提供高能效和低成本运行平台。这是因为目前的自动化技术可以非常快速地扩展处理要处理的信息量变化，同时可以提供高效的节能降耗的方案。因此，自动化体现在不同的热力单元，包括热用户、换热站和热源站。如图2中，我们描述了一个自动化基础架构，作为一种“智能”的数字解决方案。该图2中的自动化系统可以在用户端结合图1提出的用户侧的热力智能化控制系统，突出所有需要的先进自动化技术。在目前的热力系统中，想要达到节能降耗的措施有很多，本文主要阐述以下几个方面:

1)通过SCADA系统实现供热系统运行数据的集中采集与监视控制，实现热力站的无人值守，节省了大量人力资源，在提高自动化水平、改善居民生活质量以及节能减排等方面发挥了重要作用。

2)全网水力平衡调节，这个在国内是很多公司在进行相关方面的工作，包括:硕人时代、清华同方等，主要的手段是通过计算机模拟和参数输入进行优化调节。

3)在换热站实现无人值守的监控应用，这主要利用先进的监控技术，将视频参数和控制参数通过视频和数据的形式，实时传输到监控室，这样减少了工作量的同时，也能对热力系统实现集中控制。

4)循环泵分时段频率调节保证流量的同时可以减少电能损耗;我国目前水泵的自动化水平与日俱增，泵作为热力管网的基础部件，在很多环节有所应用，尤其是在水力平衡调节等方面，有效的控制水在管网中的流动情况，可以有效的使得用户侧温度适宜。

综上所述，我们可以看出，DH网络中存在大量的智能设备，从这些发送和接收设备中管理大量的实时信息是一项具有挑战性的任务。本文在分析自动化技术在区域热网系统中的应用现状的基础上，提出热力智慧自动化框架，自动化技术是满足这些要求的合适解决方案。按照这种观点，基于自动化技术引入了DH网络中的数据信息管理系统，该系统旨在建立一个平台存储，访问和共享不同热力单元的能源信息。此类系统在热力行业将具有广泛的应用前景。