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我国智慧供热的现状及发展趋势

作者:xaqxnt时间:2022-09-16 14:35:53 次浏览

信息摘要:

智慧供热已经成为我国集中供热领域的重要环节和发展方向,但是各地智慧供热采取的技术路线和示范项目不尽相同,本文通过分析供热行业智慧供热现状,结合目前存在的主要问题和

智慧供热已经成为我国集中供热领域的重要环节和发展方向,但是各地智慧供热采取的技术路线和示范项目不尽相同,本文通过分析供热行业智慧供热现状,结合目前存在的主要问题和行业痛点,提出了智慧供热的发展目标,讨论了智慧供热的主要技术路线和实现路径,以及下一步智慧供热行业的发展方向。
 
 
 
智慧供热定义
 
 
 
智慧供热是利用人工智能、云计算、大数据、仿真系统及物联网和数字孪生等技术对供热系统的热源、热网、热力站、热用户这四大部分的生产和调度运行一体化管理,对系统内重要设施设备和运行参数实时监控,对系统进行负荷预测、生产运行分析和策略优化,实现按需供热和精准供热。
 
 
 
国内智慧供热相关发展
 
 
 
2019年中国城镇供热协会发布了《中国供热蓝皮书2019———城镇智慧供热》,2020年黑龙江省和河北省相继发布了地方标准DB23/T 2745—2020《黑龙江省城镇智慧供热技术规程》和DB13(J)/T 8375—2020《城市智慧供热标准》,标志着智慧供热已经被列入未来城市发展规则。
 
 
 
北京市为积极响应率先建设碳中和城市目标,促进供热行业节能减碳,实现北京市制定的“按需供热、精准供热”目标,于2022年5月份发布了《供热系统智能化改造技术规程第1部分:热源、热网和热力站》《供热系统智能化改造技术规程第2部分:热用户》征求意见稿。
 
 
 
《供热系统智能化改造技术规程第1部分:热源、热网和热力站》规定了热源、热网和热力站现场踏勘及评估、智能化改造、源网站协同、施工与验收及运行维护的要求,主要包括供热系统中热源、热网和热力站的设备以及控制系统的智能化改造。《供热系统智能化改造技术规程第2部分:热用户》规定了现场踏勘及评估、改造技术要求、施工与验收、运行与维护的技术要求,主要是供热系统中热力入口至用户的供热系统智能化改造。
 
 
 
国内智慧供热试点情况
 
 
 
目前,国内部分省、市在供热系统的部分环节中进行了智慧供热系统的建设和尝试。其中黑龙江和吉林省的智慧供热主要采取实施到楼栋热力入口的技术路线,也进行了部分实施到居民用户的尝试;河北省以实施到居民用户为主;陕西的试点以基于通断面积法的方式为主,北京的试点采用多种型式,详见表1。
 
 
 
 
表1国内主要城市计划智慧供热试点情况汇总表
 
 
 
以上统计的试点中,运用物联网技术的智慧供热试点占比不足30%,其中热用户实现智慧供热约20万户,楼宇实现智慧供热约2 500万平方米。
 
 
 
目前主要采用的技术包括室温采集、户用物联网智能阀、单元物联网智能阀、云平台等,绝大多数是供热系统的自动控制、远程调节、无人值守厂站、各类平衡和计量技术的升级与完善,使用后的效果迥异,尚需要更多供热实际案列的验证。
 
 
 
试点中存在的主要问题:(1)各类智慧供热的试点,主要集中在“源-网-站-户”的供热系统的某个环节,未能实现全系统的数字化、信息化和智能化管理;(2)部分智慧供热试点物联网设备应用较少,只是原有供给侧调控的优化;(3)大部分供热企业都是根据各自业务特点进行智慧供热探索,尚缺乏指导性、权威性的标准、规范及技术导则;(4)无线通讯技术多种多样,还需经过实际工程检验和验证最适合供热系统的通讯技术;(5)目前物联设备、智能化产品标准不统一,质量和性能良莠不齐,有待国家尽快制定相关标准。
 
 
 
智慧供热的目标
 
 
 
基于对智慧供热的理解,并结合目前国内实施的部分项目,笔者认为智慧供热要确定如下主要目标:
 
 
 
(1)解决供热资源的水力失调、分配不均问题;(2)系统的全网自动调节,无需手动调试;(3)实现热力站无人值守的监控与控制;(4)利用云计算平台对运行数据充分挖掘和分析整理,实现精准供热。
 
 
 
技术发展
 
 
 
智慧供热系统构架
 
 
 
智慧供热基本架构由智慧基础软硬件设施、云平台、AI算法、工业物联网、5G通讯、智慧控制产品等联合搭建,实现人机设备互动、源网互动的智慧供热生态系统。智慧供热控制策略并非一成不变,每一区块有量身定制的控制模式、控制系统。同时,智慧供热将系统的每一个区块有机结合到一起,不仅是从一网换热站到二网控制终端的结合,更是各个区域换热站到能源站的结合,通过云平台大数据、AI智能分析等手段,实现系统的整体调控。
 
 
 
智慧供热系统的架构,可以用“端边网云智”来形容。端,主要指各类感知设备;边,主要指边缘计算器;网,主要指数据传输通讯方式;云,主要指平台的AI算法、数据管理等;智,主要指各种应用场景等。详见图1。
 
 
 
 
图1智慧供热架构示意图
 
 
 
智慧厂站
 
 
 
在换热站一级网供水侧配置物联网电动调节阀,一级网回水、二级网供水侧配置物联网超声热量表,同时在厂站动力系统配置物联网循环水泵及数据采集箱,将数据通过5G通讯传送至云平台,在实现对供热系统参数的实时监控和调节的同时,实现源—网—站的优化调度和大数据分析。详见图2。
 
 
 
 
图2智慧厂站示意图
 
 
 
智慧热用户
 
 
 
在热用户端配置新型供热计量系统、物联网智能阀、用户室温采集系统,将物联网智能系统与用户高度融合,运用室温采集终端及时反馈修正运行调控,实现智能调节。
 
 
 
根据建筑不同的情况,智慧供热可以实施到楼栋热力入口和用户入口两种方式。
 
 
 
单管串联和双管垂直系统。公共立管在居民家中,入户改造影响居民生活,实施难度高,改造后效果不明显。所以改造从热源实施到楼栋入口,即在典型住户、典型位置安装智能室温采集器,楼栋/单元热力入口设置物联网平衡阀,实现楼栋单元间的精准调控。详见图3。
 
 
 
 
图3楼栋热力入口示意图
 
 
 
分户成环系统。由于各热用户单独成环,可以独立控制,因此可实现智慧化到热用户。详见图4。
 
 
 
 
图4用户热力入口示意图
 
 
 
未来展望
 
 
 
清洁供热是当前中国供热行业发展的首要目标,低碳清洁热源通常具有被动性、波动性、不确定性的特点,通常需要与其他可调控热源联网互补使用。智慧供热可借助信息物理融合调控能力,通过实时优化调控降低清洁热源波动对系统稳定运行带来的不利影响,在满足供热安全和用户需求的前提下增强系统对低碳清洁供热资源的消纳能力。
 
 
 
从发展方向上看,智慧供热的发展可分为以下三个维度:
 
 
 
 
1、打造全系统智慧供热,实现供需侧双向调控
 
 
现状自控系统的缺陷主要是,尽管可以保障对最不利用户热量的供给,却难以同时较好地适应其他用户需热的变化。智慧供热就是通过技术手段,解决整个系统的联调联控,将热用户对热量的真实需求,反馈到控制系统,使整个供热系统完成自主适应及调控。
 
 
 
2、物联感知与AI相结合,实现运维一体
 
 
 
智慧供热系统通过分析与整合海量数据,可提供包括运行参数、各类室温情况、水力平衡度、水电热及燃料分析等功能,比依据传统经验的调节更加精准、更加及时。同时,智慧供热系统能够将先进的经验传承。传统人工管理模式获得的经验传递困难,各个供热系统都有其特点,利用人力去摸索需耗时数年之久。此外,利用人力传承,受到表达、理解、系统变化等多方面的影响,难以做到全面准确。智慧供热不仅可以将各系统的情况完整存储下来,而且还能快速适应系统的变化。
 
 
 
3、将数字孪生技术运用在智慧供热
 
 
 
领域数字孪生(Digital Twin)是通过数字技术,对物理世界进行镜像化描述的一种新方法,使物理世界与数字世界建立起实时的双向映射,从而可通过数字世界对物理世界进行监控与干预。
 
 
 
数字孪生具有天然的灵活扩展能力,各类子系统都非常容易纳入到数字孪生的范畴内,也非常容易通过接口被外界所集成,不必担心形成数据孤岛。同时,采用三维可视化引擎集成展示城市、热源、管网、楼宇、场站、热用户等各种设备的细节结构及物联网数据,并支持多种物联网协议数据接入,是打通现有自动化控制系统、监控系统、生产调度系统、客服系统、政务系统最有效技术手段。
 
 
 
建设空间大数据平台、物联网平台、可视化平台,对供热基础设施运营状况实现全生命周期的监控管理、仿真、预测,实现供热系统的远程化、无人化、自动化、智能化的控制。
 
 
 
注:本文作者葛军波、范昕、郭卫国,供职于聊城市国土空间开发保护中心、北京市煤气热力工程设计院有限公司。

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