智慧供热系统提升改造技术研究

马长城

摘要：随着城市化进程的快速推进，我国城市集中供热事业得到了快速发展，但管网设备老化、水力失调、缺乏有效的运行调控手段、缺乏节能运行管理专业技术人员、供热系统智能化水平较差;企业供热成本高，环保压力大，对精细化供热需求强烈，管理与技术急需转型升级，影响了集中供热优越性的发挥。集中供热改造升级需要系统掌握其原理和组成，它由热源、供热管网和热用户三部分组成。热源即熱力的生产者，主要通过消耗电能或化石燃料生产出一定温度和压力的蒸汽或热水;供热管网由区域供热蒸汽管网或热水管网组成，其主要作用是分配热媒、建立热源与热用户的连接;热用户是建筑物内部，直接使用热网输运热能的进行生活与生产用热系统的总称。

关键词：智慧供热;节能控制;管网平衡;供热管理平台

引言

我国工业热力供应存在生产工艺相对落后、产业结构不合理等现象，主要工业产品单位能耗平均比国际先进水平高出30%左右。多数热力企业还仍存在人力成本高、热网侧智能化水平低、供热方式粗放、能耗高，热源-换热站-热用户之间信息相对孤立，用户满意度低等运营问题。且国内供热热源以燃煤为主，在生产热力的过程中由于技术水平限制及监管不到位等原因，污染物排放量大，造成了一定程度的大气污染。近年来粗放型的用能模式带来的资源浪费和环境污染问题越来越受到重视。

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。能实现如下价值：（1）支撑清洁供热，提高供热系统能效。智整供热技术能够综合分析供热系统的运行工况条件，面向环保、成本、安全等多重优化目标形成“源-网-荷-储”全过程协同调度运行方案，实现供需平衡;能够提高供热生产运行调控决策的科学性和及时性，支撑清洁供热提升系统综合能效;能够降低检修维护人员的工作量，实现设备状态检修利护性维护。（2）提升供热生产的安全性和可靠性。城镇供热事关城镇居民的人身及财产安全，实现供热系统的安全稳定运行是“智慧供热”的重要价值体现。“智慧供热”能够通过“数字孪生”模型的预测分析，显著提升供热调控操作的预见性和科学性，能够显著提升应急事件及运行故障的处置能力;能够借助物联感知系统全面及时地掌握供热运行中存在的危险因素，闭环跟踪监督安全相关工作的执行情况;能够优化供热系统的规划、设计、扩建、整合、改造的技术方案。（3）提升用户服务水平实现按需舒适用热。“智慧供热”能够更好满足热用户对热的多样化需求，提高供热系统对动态热负荷需求的灵活响应能力，实现“按需舒适用热”;还能够支持能源系统的需求侧响应，应对智慧能源、能源互联网发展，实现供需互动。

2智慧供热系统提升改造技术研究

2.1供热系统智能控制研究

本次供热机组余热优化研究方案的主要创新点是将智慧城市物联网技术即新一代IT技术充分运用于汽轮机余热供热自控系统中，把各类智能感应器嵌入和装备到温度表、压力表、流量表、管道泵及节流阀等设备中，然后将“物联网”与现有的互联网相结合，实现智慧城市供热系统智能化控制。在这个控制网络中，上位机设置能力超级强大的中心计算机群，实现对供热系统网络内的人员、机器和设备的实时管理与控制，在此基础上，操盘人们可以更加精准的管理供热系统的运行，达到“智慧”状态，提高余热利用率。

2.2高效的热源

冷热电三联供实现了多能供应，相比燃气锅炉，更能体现“温度对口，梯级利用”的用能原则。近些年来联供技术在区域供暖方面的应用日益广泛，同时，合理高效地利用各种余热资源和可再生能源进行供热，也是降低供热能耗、实现清洁供热的重要途径。吸收式换热技术可用于热源和热力站处，提升能量利用效率。具体来讲，在热电厂处设置以凝汽式汽轮机排汽为驱动热源的吸收式热泵，可充分利用排汽余热;在热力站处设置吸收式换热机组，使热网回水温度降至20℃左右，从而增大供回水温差，提升热网供热能力。热泵技术利用高品位电能实现热量的获取，相比电能直接转换成热能，地源热泵、空气源热泵等设备能够有效提高制热效率。

2.3无人值守换热站

无人值守换热站包括换热站供热参数的实时采集、视频监控、液位及系统异常报警、系统远程控制，是作为智慧供热建设中重要的一环。换热站智能监控系统能够在无人值守的情况下实现以下功能：系统在自动运行状态时，PLC通过采集管网数据，如一次侧及二次侧的压力、温度、流量等数据，引入室外环境温度参数建立控制策略模型，达到自动控制的目的。无人值守换热站改变了传统换热站人工值班的工作方式，大大地解放了人力资源，提高了换热站的综合智能化水平;同时，远程监控报警系统不仅可以在换热站发生故障的第一时间内通知专业的工作人员，及时远端排除故障，而且可以综合各个换热站的实时信息制定合理的控制策略，从而实现热量的最优分配和供热品质的提高。

2.4故障诊断及安全保护系统

智慧城市供热系统引入GPRS全球定位功能，能够准确定位仪表的具体位置，同时供热控制系统中的各个测点均设置有故障诊断信号，如果某一设备故障，监控管理控制中心不仅能够检测到此故障信号，而且能够准确定位到该设备的具体位置，以便快速解决故障，实现供热系统安全、稳定运行。

结语

本文从供热行业面临痛点出发，积极跟踪智慧供热的关键技术，打破传统供热模式，加强企业内部的业务创新学习，发展数字化增值服务。在供热自动化技术、工艺的基础上，积极跟踪并利用物联网及大数据、人工智能等技术，针对供热“热源、网、站泵和用户”提供端到端全流程的业务赋能供热行业高质量发展中总体规划出发同时积极开展单项工程的自动化、信息化和数字化改造的可行性研究，通过测算实施智慧供热的投资回报率ROI来挑选出经济效益好的项目作为智慧供热试点项目建设推广。

参考文献

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