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智慧热网技术及供热企业如何搭建智慧热网

 

发布时间:2019-06-06    字号:【

    随着全国节能减排、雾霾治理工作日益严峻,热力企业粗放式的管理越来越难以适应发展的需要;煤改气、煤改电造成的能源成本急剧升高,而且脱硫除尘、排放指标的定量考核也造成运行成本的升高,从系统运行成本中挖潜增效,才能应对热力企业成本的急速增加。
    粗放式运行管理、人工经验的调节控制,没有输配过程的数据信息,造成供热管网水力失调严重、冷热不均普遍,而且热力企业缺少专业的运行人员,精细化管理的目标很难实现。只有靠现代化的科学管理技术、自控设备的有效运行,才能解决设备精准调控和人才不足的问题,实现智慧供热的目标,核心是:靠计算机专家系统代替人工经验、靠自动化控制代替人力劳动。
    智慧供热系统框架
    智慧供热信息化平台包括:供热运行生产管理(节能监控)系统、客户服务与评价系统、收费管理与电子支付系统。实现各系统之间的数据共享,平台具备数据异常和设备故障的主动推送功能,提高热力公司主动解决供热问题的能力,提高供热服务质量以及设备的管理水平。
    智慧供热信息化结构
    构建从热源(燃气锅炉房)直至热用户的全数据信息系统,实现一次管网和二次管网的水力平衡、热力平衡,改变由热源向用户分配负荷的传统运行调节方式,而是根据热用户需求精确调节换热站,实现热用户、热网和热源的联动控制,达到“均衡输送、按需供热”的目标。
    所有的底层数据通过网络传输至监控中心智慧热网监控平台,形成历史数据库,根据建筑类型的实际耗热量形成供热专家系统。智慧热网监控平台为供热运行管理提供全局化视图与智能化工具,并搭建信息沟通的桥梁,有效地提升供热系统优化运行和保障能力,推进热网运行安全和能源的合理应用,实现节能降耗的目标。
    智慧热网的核心技术
    实时数据分析+人工经验
    通过对用户供热故障排查、异常分析、实时数据分析等,形成故障警示/提示、数据图表展示、曲线展示等,为运行管理人员制定控制策略提供辅助决策和依据。
    历史数据挖掘分析+专家系统
    基于历史数据的大数据挖掘、优化控制专家系统、人工智能优化控制策略等,进行控制策略的回归和预测、自动优化控制。
    供热区域海量数据形成的历史数据库代表了供热区域建筑热特性、管网输配特性、热源特性等与室外气候特征之间的关系,通过大数据挖掘回归分析,可以得出管网的最优控制策略,指导供热节能和安全运行。
    (1)基于历史数据挖掘的优化控制策略
热网范围内的各小区建筑结构、室内采暖方式(地暖、散热器)决定的滞后特性及室温变化规律不同,换热站的调节控制和优化规律不同。通过历史数据分析,专家系统给出合理的控制策略。
    “智慧分析”的方法要点是:基于历史数据,利用优化回归计算方法,确定以满足预定室内采暖温度为目标的换热站优化控制策略。(以满足室内采暖热舒适度的建筑热耗为控制计算目标、以分时段供回水温度为控制参数的换热站优化控制策略)。
    (2)基于热源和热网特性的优化控制策略
    目标是在节能调控的情况下,保证全网优化控制策略的安全、热网参数波动控制。就一个热源覆盖多个换热站来看,每个换热站的调控,相互影响,进而影响热源。供热信息网了解到必须针对热源特性和调控要求加以研究,方法是一次网输配系统的调控(各换热站调控规律在一次网调控目标下的具体设置)。
    内置专家系统根据热网特性和控制参数变动,基于热网运行参数历史数据库的大数据进行收敛性分析,给出全热源范围内的优化控制策略。
供热企业如何根据自身需求搭建智慧热网?
    智慧热网调度平台的功能应根据供热企业的实际情况做好顶层设计,力求功能实用,一般由热网监控系统、热网智能平衡系统、用户节能系统和热网专家系统几部分组成,其主要作用是为供热生产运行服务,能够从整个供热系统一体化的角度,对热源、输配系统及终端用户的整个供热生产环节进行参数监测、数据分析与智能调控,进而实现智慧供热生产的目的。
    一、热网监控系统(包含热源生产、热网、换热站自控和安全保护、视频监控等方面)
    1、热源点生产运行情况。无论是单热源局部区域供热,还是多热源的联网供热,都需要将热源的生产情况传输到智慧热网调度平台,应包括热源点实时的供回水温度、压力、流量、热量、补水流量等重要数据;同时还应具有热负荷预测功能,可以根据未来几天的天气预报信息,自动计算出未来几天的热量需求情况,并根据调度预案制定热源出口参数的运行策略,辅助于实时天气情况的修正,提前协调安排热源生产的规模和参数,保证供热管网运行稳定,根据需要调度热源生产。
    2、换热站控制。包含二次供水温度、流量调节、补水控制等基本功能,同时还要有相关的压力、温度、电流等报警、保护功能,保证换热站安全稳定运行。
    二次供水温度控制。无论是混水站还是换热器隔离站,都可以通过调控一次水的电动调节阀或分布式变频泵来控制二次供水温度,同时具备气候补偿功能,能够根据温控曲线或时间段自动调节二次供水温度,温控曲线和时间段可以根据换热站和小区不同情况设定,达到节能运行的目的。
    换热站的流量调节可以分为定流量调节和变流量调节,一般情况下可以用定供回水温差的定流量调节方式,这种调节方式简单,可根据供热区域的不同情况,通过远程手动调节来实现。而对于实行了分户计量的供热区域,可以采用压差控制的变流量调节来实现最大的节能效果。
    换热站的补水。根据供热区域情况不同,可以采用一网直补二网、二网单独补水等型式,系统失水量较少时宜采用高低差控制的启停模式,系统失水量较大时宜采用恒压补水模式。无论采取哪种补水方式都应安装补水流量表,以便及时掌握系统失水情况,方便系统查漏。
    换热站的安全保护。为了保障设备和供热系统的安全运行,需要对一些危险运行情况或事故状态进行提前保护预防,主要有:回水压力低的循环泵停机保护;水箱水位低的补水泵停机保护;回水压力高的补水泵停机和放水泄压保护;一次水与循环泵的联锁保护;地下换热站的地面浸水报警和排水系统自启动保护;二次供水温度、压力高保护;系统停电时的自动保护等,所有的保护定值都应该根据每个换热站的不同情况进行设定。
    室外温度的选取。要用好换热站的气候补偿功能,室外温度就必须保证准确、稳定。有些供热公司直接引入当地天气预报温度,因天气预报温度是当地的平均温度,有时并不代表本供热区域的实际室外温度,且延迟时间较长,所以效果不是很好。正确的选取方法应该是,在供热范围内选取5-7个代表性的点,按照标准室外温度测量方法安装,将这5-7个点的温度去掉一个最高温度,去掉一个最低温度,其余的温度取平均值下发到各换热站,换热站统一用这一个室外温度进行控制,这样可以防止因个别采集点损坏而引起的室外温度极端现象,一个供热公司都用统一的室外温度进行调整,可以对各换热站供热参数的比对提供依据,起到更好的节能效果。
    3、热网安全保护。热源的调整一般比较缓慢,为了保障热源的安全,热网监控系统必须有热网保护功能。在换热站根据室外温度自动调整时,不可避免的会出现管网截流,正常情况下不会影响系统的正常运行,但在极端条件下,可能会出现一次网流量过低或供水压力过高而影响一次网和热源生产安全的问题,这时需要在一次网末端合适的位置设置旁通阀,在需要的时候自动或远程打开,确保管网的最低流量或最高压力不超限,延长热源调整时间。
    4、换热站的视频监控。换热站实现无人值守需要运行人员随时掌握站内情况,一般用换热站内各运行数据基本可以了解换热站运行情况是否正常,但是对一些特殊情况还需要视频监控来监视,例如站内地面是否有积水;是否有蒸汽、烟雾;是否有无关人员进入站内等情况,同时在非运行期还可以进行安全保卫监控。
    二、流量平衡和用户室温监测系统
    供热的最终目标是使各用户家里的温度都达到标准,过高过低都需要调整,由于房屋位置朝向、楼层高低、建筑供热率等因素的制约,单纯的流量平衡调节并不能彻底解决热平衡的问题,原来的静态平衡阀和动态平衡阀对热平衡有一定的效果,但需要专业人员多次反复的调整才能达到较好的热平衡。随着网络技术的快速发展,远程控制的电动调节阀具有调节方便、直观的特点,可以进行定温控制,具有广阔的发展前景。
    流量调节到户的每一个房间是精细化调节的最终目标,但是调节到户点多量大,每个用户的室温监测和调节实施起来比较困难,结合分户计量改造能够很好的解决这个问题,但因为多种原因分户计量目前推进比较缓慢。供热信息网了解到在实际应用中,用户测温按照每万平米一户的密度,选取代表性强的用户,基本能起到以点带面的效果,根据供热区域的不同情况,设置单元流量调节阀或楼栋流量调节阀,可以将各单元楼栋的回水温度调节到一致,再结合个别用户的单独调节,基本能够达到要求。
    基本热平衡调节好后,就可以根据用户室内温度的变化,调整换热站供水温度曲线和流量,避免冷热不均和过热现象,达到合理的节能降耗效果。
    三、数据统计及能耗分析系统
    智慧热网调度平台还应该具备运行数据统计和能耗分析功能,一是对各区域供热参数进行对比分析,查找各供热系统存在的问题,二是对各站点能耗数据按要求分时间阶段进行对比分析,对能耗高的站点查找原因,找出每个供热站点最合适的供热方式和供热参数,在保障用户供暖质量的情况下,达到最佳的节能效果。例如可以根据各时间段的补水量分析出系统失水是用户放水还是系统的跑冒滴漏;根据站点单位面积耗热量的对比,结合供回水温度、流量的分析,可以粗略判断系统内是否存在盗热等,从而使决策者能够做出科学的判断,指导管理人员有针对性的工作。
    四、管网及换热站设备巡视监控
整个供热系统的管网和运行设备需要定期巡检,但是对巡视人员巡视工作是否到位的管理,就需要用科学的手段来解决,可以结合智慧热网管控平台,采用签到的方式实现对重点部位巡视的管理,同时巡检人员还可以将设备运行的声音、温度、跑冒滴漏等现象,用图片或文字进行上传存档,方便调度及管理人员掌握设备和管网状况,及时调整安排生产,也为运行期结束后的检修技改提供依据。
    五、智慧热网能效分析
    通过智能热网管控平台,调度管理人员可以直观的根据热网情况调节热源生产,通过用户家测温情况实现对热网的按需调节,通过用户或楼栋单元的流量平衡调节,可以将热平衡调节到最佳状态,节能的同时降低用户投诉率,经过实际运行情况对比,实现智慧调节后,一是可以减少运行人员的数量,降低企业用工风险,节能降耗效果也非常显著,节热量在5-20%,节电量在20-40%,基本1-2年收回投资成本。
    智慧热网的建设一定要根据供热企业的实际情况,达到安全稳定运行目的,实现节能降耗的目标,切不可生搬硬套和追求复杂的高大上,功能完善、简便易行是主要的。希望本文能对有需求的供热企业提供一定的帮助,当然本文对智慧热网实际应用中还有很多细节没有阐述,随着智慧热网的不断发展,其在实际应用中的范围也将越来越广泛,离绿色环保节能供暖的目标也更进一步。
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