智慧供熱已經(jīng)成為我國集中供熱領(lǐng)域的重要環(huán)節和發(fā)展方向，但是各地智慧供熱采取的技術(shù)路線(xiàn)和示范項目不盡相同，本文通過(guò)分析供熱行業(yè)智慧供熱現狀，結合目前存在的主要問(wèn)題和行業(yè)痛點(diǎn)，提出了智慧供熱的發(fā)展目標，討論了智慧供熱的主要技術(shù)路線(xiàn)和實(shí)現路徑，以及下一步智慧供熱行業(yè)的發(fā)展方向。

智慧供熱定義

智慧供熱是利用人工智能、云計算、大數據、仿真系統及物聯(lián)網(wǎng)和數字孿生等技術(shù)對供熱系統的熱源、熱網(wǎng)、熱力站、熱用戶(hù)這四大部分的生產(chǎn)和調度運行一體化管理，對系統內重要設施設備和運行參數實(shí)時(shí)監控，對系統進(jìn)行負荷預測、生產(chǎn)運行分析和策略?xún)?yōu)化，實(shí)現按需供熱和精準供熱。

國內智慧供熱相關(guān)發(fā)展

2019年中國城鎮供熱協(xié)會(huì )發(fā)布了《中國供熱藍皮書(shū)2019———城鎮智慧供熱》，2020年黑龍江省和河北省相繼發(fā)布了地方標準DB23/T 2745—2020《黑龍江省城鎮智慧供熱技術(shù)規程》和DB13(J)/T 8375—2020《城市智慧供熱標準》，標志著(zhù)智慧供熱已經(jīng)被列入未來(lái)城市發(fā)展規則。

北京市為積極響應率先建設碳中和城市目標，促進(jìn)供熱行業(yè)節能減碳，實(shí)現北京市制定的“按需供熱、精準供熱”目標，于2022年5月份發(fā)布了《供熱系統智能化改造技術(shù)規程第1部分:熱源、熱網(wǎng)和熱力站》《供熱系統智能化改造技術(shù)規程第2部分:熱用戶(hù)》征求意見(jiàn)稿。

《供熱系統智能化改造技術(shù)規程第1部分:熱源、熱網(wǎng)和熱力站》規定了熱源、熱網(wǎng)和熱力站現場(chǎng)踏勘及評估、智能化改造、源網(wǎng)站協(xié)同、施工與驗收及運行維護的要求，主要包括供熱系統中熱源、熱網(wǎng)和熱力站的設備以及控制系統的智能化改造?！豆嵯到y智能化改造技術(shù)規程第2部分:熱用戶(hù)》規定了現場(chǎng)踏勘及評估、改造技術(shù)要求、施工與驗收、運行與維護的技術(shù)要求，主要是供熱系統中熱力入口至用戶(hù)的供熱系統智能化改造。

國內智慧供熱試點(diǎn)情況

目前，國內部分省、市在供熱系統的部分環(huán)節中進(jìn)行了智慧供熱系統的建設和嘗試。其中黑龍江和吉林省的智慧供熱主要采取實(shí)施到樓棟熱力入口的技術(shù)路線(xiàn)，也進(jìn)行了部分實(shí)施到居民用戶(hù)的嘗試;河北省以實(shí)施到居民用戶(hù)為主;陜西的試點(diǎn)以基于通斷面積法的方式為主，北京的試點(diǎn)采用多種型式，詳見(jiàn)表1。

表1 國內主要城市計劃智慧供熱試點(diǎn)情況匯總表

以上統計的試點(diǎn)中，運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智慧供熱試點(diǎn)占比不足30%，其中熱用戶(hù)實(shí)現智慧供熱約20萬(wàn)戶(hù)，樓宇實(shí)現智慧供熱約2 500萬(wàn)平方米。

目前主要采用的技術(shù)包括室溫采集、戶(hù)用物聯(lián)網(wǎng)智能閥、單元物聯(lián)網(wǎng)智能閥、云平臺等，絕大多數是供熱系統的自動(dòng)控制、遠程調節、無(wú)人值守廠(chǎng)站、各類(lèi)平衡和計量技術(shù)的升級與完善，使用后的效果迥異，尚需要更多供熱實(shí)際案列的驗證。

試點(diǎn)中存在的主要問(wèn)題：(1)各類(lèi)智慧供熱的試點(diǎn)，主要集中在“源-網(wǎng)-站-戶(hù)”的供熱系統的某個(gè)環(huán)節，未能實(shí)現全系統的數字化、信息化和智能化管理；(2)部分智慧供熱試點(diǎn)物聯(lián)網(wǎng)設備應用較少，只是原有供給側調控的優(yōu)化；(3)大部分供熱企業(yè)都是根據各自業(yè)務(wù)特點(diǎn)進(jìn)行智慧供熱探索，尚缺乏指導性、權威性的標準、規范及技術(shù)導則；(4)無(wú)線(xiàn)通訊技術(shù)多種多樣，還需經(jīng)過(guò)實(shí)際工程檢驗和驗證最適合供熱系統的通訊技術(shù)；(5)目前物聯(lián)設備、智能化產(chǎn)品標準不統一，質(zhì)量和性能良莠不齊，有待國家盡快制定相關(guān)標準。

智慧供熱的目標

基于對智慧供熱的理解，并結合目前國內實(shí)施的部分項目，筆者認為智慧供熱要確定如下主要目標:

(1)解決供熱資源的水力失調、分配不均問(wèn)題；(2)系統的全網(wǎng)自動(dòng)調節，無(wú)需手動(dòng)調試；(3)實(shí)現熱力站無(wú)人值守的監控與控制；(4)利用云計算平臺對運行數據充分挖掘和分析整理，實(shí)現精準供熱。

技術(shù)發(fā)展

智慧供熱系統構架

智慧供熱基本架構由智慧基礎軟硬件設施、云平臺、AI算法、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、5G通訊、智慧控制產(chǎn)品等聯(lián)合搭建，實(shí)現人機設備互動(dòng)、源網(wǎng)互動(dòng)的智慧供熱生態(tài)系統。智慧供熱控制策略并非一成不變，每一區塊有量身定制的控制模式、控制系統。同時(shí)，智慧供熱將系統的每一個(gè)區塊有機結合到一起，不僅是從一網(wǎng)換熱站到二網(wǎng)控制終端的結合，更是各個(gè)區域換熱站到能源站的結合，通過(guò)云平臺大數據、AI智能分析等手段，實(shí)現系統的整體調控。

智慧供熱系統的架構，可以用“端邊網(wǎng)云智”來(lái)形容。端，主要指各類(lèi)感知設備;邊，主要指邊緣計算器;網(wǎng)，主要指數據傳輸通訊方式;云，主要指平臺的AI算法、數據管理等;智，主要指各種應用場(chǎng)景等。

智慧廠(chǎng)站

在換熱站一級網(wǎng)供水側配置物聯(lián)網(wǎng)電動(dòng)調節閥，一級網(wǎng)回水、二級網(wǎng)供水側配置物聯(lián)網(wǎng)超聲熱量表，同時(shí)在廠(chǎng)站動(dòng)力系統配置物聯(lián)網(wǎng)循環(huán)水泵及數據采集箱，將數據通過(guò)5G通訊傳送至云平臺，在實(shí)現對供熱系統參數的實(shí)時(shí)監控和調節的同時(shí)，實(shí)現源—網(wǎng)—站的優(yōu)化調度和大數據分析。詳見(jiàn)圖2。

智慧熱用戶(hù)

在熱用戶(hù)端配置新型供熱計量系統、物聯(lián)網(wǎng)智能閥、用戶(hù)室溫采集系統，將物聯(lián)網(wǎng)智能系統與用戶(hù)高度融合，運用室溫采集終端及時(shí)反饋修正運行調控，實(shí)現智能調節。

根據建筑不同的情況，智慧供熱可以實(shí)施到樓棟熱力入口和用戶(hù)入口兩種方式。

單管串聯(lián)和雙管垂直系統。公共立管在居民家中，入戶(hù)改造影響居民生活，實(shí)施難度高，改造后效果不明顯。所以改造從熱源實(shí)施到樓棟入口，即在典型住戶(hù)、典型位置安裝智能室溫采集器，樓棟/單元熱力入口設置物聯(lián)網(wǎng)平衡閥，實(shí)現樓棟單元間的精準調控。詳見(jiàn)圖3。

圖3 樓棟熱力入口示意圖

分戶(hù)成環(huán)系統。由于各熱用戶(hù)單獨成環(huán)，可以獨立控制，因此可實(shí)現智慧化到熱用戶(hù)。詳見(jiàn)圖4。

圖4 用戶(hù)熱力入口示意圖

未來(lái)展望

清潔供熱是當前中國供熱行業(yè)發(fā)展的首要目標，低碳清潔熱源通常具有被動(dòng)性、波動(dòng)性、不確定性的特點(diǎn)，通常需要與其他可調控熱源聯(lián)網(wǎng)互補使用。智慧供熱可借助信息物理融合調控能力，通過(guò)實(shí)時(shí)優(yōu)化調控降低清潔熱源波動(dòng)對系統穩定運行帶來(lái)的不利影響，在滿(mǎn)足供熱安全和用戶(hù)需求的前提下增強系統對低碳清潔供熱資源的消納能力。

從發(fā)展方向上看，智慧供熱的發(fā)展可分為以下三個(gè)維度:

1、打造全系統智慧供熱，實(shí)現供需側雙向調控

現狀自控系統的缺陷主要是，盡管可以保障對最不利用戶(hù)熱量的供給，卻難以同時(shí)較好地適應其他用戶(hù)需熱的變化。智慧供熱就是通過(guò)技術(shù)手段，解決整個(gè)系統的聯(lián)調聯(lián)控，將熱用戶(hù)對熱量的真實(shí)需求，反饋到控制系統，使整個(gè)供熱系統完成自主適應及調控。

2、物聯(lián)感知與AI相結合，實(shí)現運維一體

智慧供熱系統通過(guò)分析與整合海量數據，可提供包括運行參數、各類(lèi)室溫情況、水力平衡度、水電熱及燃料分析等功能，比依據傳統經(jīng)驗的調節更加精準、更加及時(shí)。同時(shí)，智慧供熱系統能夠將先進(jìn)的經(jīng)驗傳承。傳統人工管理模式獲得的經(jīng)驗傳遞困難，各個(gè)供熱系統都有其特點(diǎn)，利用人力去摸索需耗時(shí)數年之久。此外，利用人力傳承，受到表達、理解、系統變化等多方面的影響，難以做到全面準確。智慧供熱不僅可以將各系統的情況完整存儲下來(lái)，而且還能快速適應系統的變化。

3、將數字孿生技術(shù)運用在智慧供熱

領(lǐng)域數字孿生(Digital Twin)是通過(guò)數字技術(shù)，對物理世界進(jìn)行鏡像化描述的一種新方法，使物理世界與數字世界建立起實(shí)時(shí)的雙向映射，從而可通過(guò)數字世界對物理世界進(jìn)行監控與干預。

數字孿生具有天然的靈活擴展能力，各類(lèi)子系統都非常容易納入到數字孿生的范疇內，也非常容易通過(guò)接口被外界所集成，不必擔心形成數據孤島。同時(shí)，采用三維可視化引擎集成展示城市、熱源、管網(wǎng)、樓宇、場(chǎng)站、熱用戶(hù)等各種設備的細節結構及物聯(lián)網(wǎng)數據，并支持多種物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議數據接入，是打通現有自動(dòng)化控制系統、監控系統、生產(chǎn)調度系統、客服系統、政務(wù)系統最有效技術(shù)手段。

建設空間大數據平臺、物聯(lián)網(wǎng)平臺、可視化平臺，對供熱基礎設施運營(yíng)狀況實(shí)現全生命周期的監控管理、仿真、預測，實(shí)現供熱系統的遠程化、無(wú)人化、自動(dòng)化、智能化的控制。