自動化技術在當代智能熱力系統(tǒng)的功能提升中的應用

2019-08-17 08:13:46常周慶

山西建筑 2019年14期

常周慶

(太原市熱力集團有限責任公司，山西太原 030012)

1 概述

隨著我國逐步進入“十三五”規(guī)劃下的社會經(jīng)濟改革，各行各業(yè)開始進行智能化改造，其中，工業(yè)領域是智能化提升的主力。尤其是我國逐步提出“工業(yè)4.0”的概念，“互聯(lián)網(wǎng)+”開始成為改革的風向標，對于能源企業(yè)來說，“節(jié)能降耗”是永恒的主題。目前，國家的能源利用逐步走向智能化和自動化，全國開始組建以“能源互聯(lián)網(wǎng)”為載體的全局能源構架。其中，對于熱力企業(yè)來說，熱力系統(tǒng)是主要的能源系統(tǒng)，其如何有效的與“互聯(lián)網(wǎng)+”技術進行融合構建智能熱網(wǎng)，是目前研究的重點和熱點。

目前，隨著各行各業(yè)智能化水平的不斷提高，熱力行業(yè)也逐步開始應用先進的自動化技術來嘗試達到“節(jié)能降耗”的目的。目前，區(qū)域供熱系統(tǒng)中，存在大量的智能設備，從這些發(fā)送和接收設備中管理大量的實時信息是一項具有挑戰(zhàn)性的任務。如何構建智能化系統(tǒng)是當前探究的重點和熱點。

2 自動化技術在區(qū)域熱網(wǎng)系統(tǒng)中的應用現(xiàn)狀分析

區(qū)域供熱系統(tǒng)(DH)是熱源站到社會不同部門，如住所，各行業(yè)處所(例如:CBD群)的最佳供熱方式。在DH系統(tǒng)中，熱量通過管道網(wǎng)絡從熱力發(fā)電廠向最終用戶傳遞，用于滿足需求側(cè)供暖和生活熱水需求。它可以使用各種燃料和余熱熱量作為熱源產(chǎn)熱，也正是其可再生能源比例越來越高，所以區(qū)域供暖也為減少全球和當?shù)氐亩趸寂欧帕科鸬搅酥匾饔谩３酥?，區(qū)域供熱的突出優(yōu)勢在于它可以實現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)(CHP)，能夠最有效地利用一次能源。歐盟委員會到2050年具有里程碑意義的路線圖報告表明:在2050年整個歐洲達到80%的減排量，電力部門將需要幾乎完全脫碳(95% ～100%)。因此，歐盟委員會的電力計劃旨在到2050年用可再生能源替代燃煤發(fā)電，靈活的低碳方式將成為很長一段時間的主要能源形式。能源市場放松管制的程度越來越高，并且越來越關注節(jié)能建筑對DH系統(tǒng)的需求。因此，創(chuàng)新IT的創(chuàng)造和應用DH中的生態(tài)系統(tǒng)被認為是改善能源效率的必要方式。目前，中國正逐步引進新型自動化技術，且在熱力系統(tǒng)廣泛的應用，區(qū)域供熱(DH)被認為是一種目前較為先進的供熱形式，其可以利用多元化能源資源;這些資源涉及廢熱回收、熱泵、蓄熱、熱電聯(lián)產(chǎn)和可再生能源一體化。在供熱系統(tǒng)運行期間，有大量的數(shù)據(jù)交互，在實際情況中，為了使用自動化技術構建智能熱網(wǎng)系統(tǒng)，就需要一個內(nèi)存和速度都滿足的能源數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

3 利用自動化技術實現(xiàn)提升區(qū)域供熱系統(tǒng)的智能化

3.1 基于自控技術的用戶側(cè)熱力系統(tǒng)的智慧熱力腦

現(xiàn)代化的區(qū)域供暖系統(tǒng)配備監(jiān)控和控制生產(chǎn)單元以及先進的系統(tǒng)控制室。這些系統(tǒng)主要集中在生產(chǎn)方和用戶需求側(cè)。基于SCADA系統(tǒng)獲取外部和內(nèi)部實時參數(shù)，與自適應控制系統(tǒng)一起使用，從而涵蓋整個熱力生產(chǎn)。另一方面，這個將是一個極其復雜的系統(tǒng)，可以處理大型實時的數(shù)據(jù)量。考慮到DH系統(tǒng)的動態(tài)改變屬性，DH系統(tǒng)模型需要很高的計算時間和知識資源，知識推理和運營優(yōu)化能力。因此，需要專注于開發(fā)快速高效的實時處理能量和用戶行為的算法系統(tǒng)。在此基礎上，進行有效的能源管理，系統(tǒng)將保持一系列目標(例如維持一個目標——每天為每棟建筑設定溫度)，在這情況下，有必要監(jiān)控內(nèi)部和外部參數(shù)值(例如建筑物熱量、天氣數(shù)據(jù))和網(wǎng)絡預期狀態(tài)之間的關系。

為了實現(xiàn)智能化控制，在DH系統(tǒng)中需要確保整體能源管理信息系統(tǒng)監(jiān)控并為自主決策提供整體優(yōu)化方案和預測功能。用戶側(cè)的熱力智能化控制如圖1所示，客戶側(cè)配備了先進自控技術，使客戶能夠在智能手機、平板電腦和PC的視覺幫助下，以應用程序的形式提供簡單用戶界面，來協(xié)助進行加熱調(diào)整和優(yōu)化運行。基于現(xiàn)有的各種能源項目應用速度，將有助于將智能化能源和移動解決方案整合到擬議的DH系統(tǒng)中，可以進一步使用這種智能應用程序加強供熱公司之間的競爭力。

圖1 用戶側(cè)的熱力智能化控制系統(tǒng)

3.2 將自動化技術運用到區(qū)域供熱系統(tǒng)——智慧熱力的構架

自動化技術由于其優(yōu)于傳統(tǒng)控制的幾個優(yōu)點，成為流行的控制手段。典型的優(yōu)勢包括靈活性，可擴展性，高能源效率和低成本等。因此，預計它將來會成為熱力系統(tǒng)主要的控制手段。自動化技術在DH系統(tǒng)中，應用內(nèi)容廣泛，包括:SCADA系統(tǒng)的應用、全網(wǎng)水力平衡調(diào)節(jié)、熱力站無人值守的監(jiān)控應用、循環(huán)泵的應用及分時段頻率調(diào)節(jié)等方面，這些手段主要都是為了體現(xiàn)出節(jié)能降耗的目的。

圖2 基于自動化技術的智慧熱力系統(tǒng)的構架

通過在DH系統(tǒng)中使用如圖2所示的基于自動化技術的智慧熱力腦，我們不僅可以解決大型和分布式信息的問題管理，還可以提供高能效和低成本運行平臺。這是因為目前的自動化技術可以非?？焖俚財U展處理要處理的信息量變化，同時可以提供高效的節(jié)能降耗的方案。因此，自動化體現(xiàn)在不同的熱力單元，包括熱用戶、換熱站和熱源站。如圖2中，我們描述了一個自動化基礎架構，作為一種“智能”的數(shù)字解決方案。該圖2中的自動化系統(tǒng)可以在用戶端結(jié)合圖1提出的用戶側(cè)的熱力智能化控制系統(tǒng)，突出所有需要的先進自動化技術。在目前的熱力系統(tǒng)中，想要達到節(jié)能降耗的措施有很多，本文主要闡述以下幾個方面:

1)通過SCADA系統(tǒng)實現(xiàn)供熱系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)的集中采集與監(jiān)視控制，實現(xiàn)熱力站的無人值守，節(jié)省了大量人力資源，在提高自動化水平、改善居民生活質(zhì)量以及節(jié)能減排等方面發(fā)揮了重要作用。

2)全網(wǎng)水力平衡調(diào)節(jié)，這個在國內(nèi)是很多公司在進行相關方面的工作，包括:碩人時代、清華同方等，主要的手段是通過計算機模擬和參數(shù)輸入進行優(yōu)化調(diào)節(jié)。

3)在換熱站實現(xiàn)無人值守的監(jiān)控應用，這主要利用先進的監(jiān)控技術，將視頻參數(shù)和控制參數(shù)通過視頻和數(shù)據(jù)的形式，實時傳輸?shù)奖O(jiān)控室，這樣減少了工作量的同時，也能對熱力系統(tǒng)實現(xiàn)集中控制。

4)循環(huán)泵分時段頻率調(diào)節(jié)保證流量的同時可以減少電能損耗;我國目前水泵的自動化水平與日俱增，泵作為熱力管網(wǎng)的基礎部件，在很多環(huán)節(jié)有所應用，尤其是在水力平衡調(diào)節(jié)等方面，有效的控制水在管網(wǎng)中的流動情況，可以有效的使得用戶側(cè)溫度適宜。