智慧供熱已經成為(wèi)我國(guó)集中(zhōng)供熱領域的重要環節和發展方向，但是各地智慧供熱采取的技(jì )術路線(xiàn)和示範項目不盡相同，本文(wén)通過分(fēn)析供熱行業智慧供熱現狀，結合目前存在的主要問題和行業痛點，提出了智慧供熱的發展目标，讨論了智慧供熱的主要技(jì )術路線(xiàn)和實現路徑，以及下一步智慧供熱行業的發展方向。

智慧供熱定義

智慧供熱是利用(yòng)人工智能(néng)、雲計算、大數據、仿真系統及物(wù)聯網和數字孿生等技(jì )術對供熱系統的熱源、熱網、熱力站、熱用(yòng)戶這四大部分(fēn)的生産(chǎn)和調度運行一體(tǐ)化管理(lǐ)，對系統内重要設施設備和運行參數實時監控，對系統進行負荷預測、生産(chǎn)運行分(fēn)析和策略優化，實現按需供熱和精(jīng)準供熱。

國(guó)内智慧供熱相關發展

2019年中(zhōng)國(guó)城鎮供熱協會發布了《中(zhōng)國(guó)供熱藍皮書2019———城鎮智慧供熱》，2020年黑龍江省和河北省相繼發布了地方标準DB23/T 2745—2020《黑龍江省城鎮智慧供熱技(jì )術規程》和DB13(J)/T 8375—2020《城市智慧供熱标準》，标志(zhì)着智慧供熱已經被列入未來城市發展規則。

北京市為(wèi)積極響應率先建設碳中(zhōng)和城市目标，促進供熱行業節能(néng)減碳，實現北京市制定的“按需供熱、精(jīng)準供熱”目标，于2022年5月份發布了《供熱系統智能(néng)化改造技(jì )術規程第1部分(fēn):熱源、熱網和熱力站》《供熱系統智能(néng)化改造技(jì )術規程第2部分(fēn):熱用(yòng)戶》征求意見稿。

《供熱系統智能(néng)化改造技(jì )術規程第1部分(fēn):熱源、熱網和熱力站》規定了熱源、熱網和熱力站現場踏勘及評估、智能(néng)化改造、源網站協同、施工與驗收及運行維護的要求，主要包括供熱系統中(zhōng)熱源、熱網和熱力站的設備以及控制系統的智能(néng)化改造。《供熱系統智能(néng)化改造技(jì )術規程第2部分(fēn):熱用(yòng)戶》規定了現場踏勘及評估、改造技(jì )術要求、施工與驗收、運行與維護的技(jì )術要求，主要是供熱系統中(zhōng)熱力入口至用(yòng)戶的供熱系統智能(néng)化改造。

國(guó)内智慧供熱試點情況

目前，國(guó)内部分(fēn)省、市在供熱系統的部分(fēn)環節中(zhōng)進行了智慧供熱系統的建設和嘗試。其中(zhōng)黑龍江和吉林省的智慧供熱主要采取實施到樓棟熱力入口的技(jì )術路線(xiàn)，也進行了部分(fēn)實施到居民(mín)用(yòng)戶的嘗試;河北省以實施到居民(mín)用(yòng)戶為(wèi)主;陝西的試點以基于通斷面積法的方式為(wèi)主，北京的試點采用(yòng)多(duō)種型式，詳見表1。

表1 國(guó)内主要城市計劃智慧供熱試點情況彙總表

以上統計的試點中(zhōng)，運用(yòng)物(wù)聯網技(jì )術的智慧供熱試點占比不足30%，其中(zhōng)熱用(yòng)戶實現智慧供熱約20萬戶，樓宇實現智慧供熱約2 500萬平方米。

目前主要采用(yòng)的技(jì )術包括室溫采集、戶用(yòng)物(wù)聯網智能(néng)閥、單元物(wù)聯網智能(néng)閥、雲平台等，絕大多(duō)數是供熱系統的自動控制、遠(yuǎn)程調節、無人值守廠站、各類平衡和計量技(jì )術的升級與完善，使用(yòng)後的效果迥異，尚需要更多(duō)供熱實際案列的驗證。

試點中(zhōng)存在的主要問題：(1)各類智慧供熱的試點，主要集中(zhōng)在“源-網-站-戶”的供熱系統的某個環節，未能(néng)實現全系統的數字化、信息化和智能(néng)化管理(lǐ)；(2)部分(fēn)智慧供熱試點物(wù)聯網設備應用(yòng)較少，隻是原有供給側調控的優化；(3)大部分(fēn)供熱企業都是根據各自業務(wù)特點進行智慧供熱探索，尚缺乏指導性、權威性的标準、規範及技(jì )術導則；(4)無線(xiàn)通訊技(jì )術多(duō)種多(duō)樣，還需經過實際工程檢驗和驗證最适合供熱系統的通訊技(jì )術；(5)目前物(wù)聯設備、智能(néng)化産(chǎn)品标準不統一，質(zhì)量和性能(néng)良莠不齊，有待國(guó)家盡快制定相關标準。

智慧供熱的目标

基于對智慧供熱的理(lǐ)解，并結合目前國(guó)内實施的部分(fēn)項目，筆(bǐ)者認為(wèi)智慧供熱要确定如下主要目标:

(1)解決供熱資源的水力失調、分(fēn)配不均問題；(2)系統的全網自動調節，無需手動調試；(3)實現熱力站無人值守的監控與控制；(4)利用(yòng)雲計算平台對運行數據充分(fēn)挖掘和分(fēn)析整理(lǐ)，實現精(jīng)準供熱。

技(jì )術發展

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、雲平台、AI算法、工業物(wù)聯網、5G通訊、智慧控制産(chǎn)品等聯合搭建，實現人機設備互動、源網互動的智慧供熱生态系統。智慧供熱控制策略并非一成不變，每一區(qū)塊有量身定制的控制模式、控制系統。同時，智慧供熱将系統的每一個區(qū)塊有機結合到一起，不僅是從一網換熱站到二網控制終端的結合，更是各個區(qū)域換熱站到能(néng)源站的結合，通過雲平台大數據、AI智能(néng)分(fēn)析等手段，實現系統的整體(tǐ)調控。

智慧供熱系統的架構，可(kě)以用(yòng)“端邊網雲智”來形容。端，主要指各類感知設備;邊，主要指邊緣計算器;網，主要指數據傳輸通訊方式;雲，主要指平台的AI算法、數據管理(lǐ)等;智，主要指各種應用(yòng)場景等。

智慧廠站

在換熱站一級網供水側配置物(wù)聯網電(diàn)動調節閥，一級網回水、二級網供水側配置物(wù)聯網超聲熱量表，同時在廠站動力系統配置物(wù)聯網循環水泵及數據采集箱，将數據通過5G通訊傳送至雲平台，在實現對供熱系統參數的實時監控和調節的同時，實現源—網—站的優化調度和大數據分(fēn)析。詳見圖2。

智慧熱用(yòng)戶

在熱用(yòng)戶端配置新(xīn)型供熱計量系統、物(wù)聯網智能(néng)閥、用(yòng)戶室溫采集系統，将物(wù)聯網智能(néng)系統與用(yòng)戶高度融合，運用(yòng)室溫采集終端及時反饋修正運行調控，實現智能(néng)調節。

根據建築不同的情況，智慧供熱可(kě)以實施到樓棟熱力入口和用(yòng)戶入口兩種方式。

單管串聯和雙管垂直系統。公共立管在居民(mín)家中(zhōng)，入戶改造影響居民(mín)生活，實施難度高，改造後效果不明顯。所以改造從熱源實施到樓棟入口，即在典型住戶、典型位置安(ān)裝(zhuāng)智能(néng)室溫采集器，樓棟/單元熱力入口設置物(wù)聯網平衡閥，實現樓棟單元間的精(jīng)準調控。詳見圖3。

圖3 樓棟熱力入口示意圖

分(fēn)戶成環系統。由于各熱用(yòng)戶單獨成環，可(kě)以獨立控制，因此可(kě)實現智慧化到熱用(yòng)戶。詳見圖4。

圖4 用(yòng)戶熱力入口示意圖

未來展望

清潔供熱是當前中(zhōng)國(guó)供熱行業發展的首要目标，低碳清潔熱源通常具有被動性、波動性、不确定性的特點，通常需要與其他(tā)可(kě)調控熱源聯網互補使用(yòng)。智慧供熱可(kě)借助信息物(wù)理(lǐ)融合調控能(néng)力，通過實時優化調控降低清潔熱源波動對系統穩定運行帶來的不利影響，在滿足供熱安(ān)全和用(yòng)戶需求的前提下增強系統對低碳清潔供熱資源的消納能(néng)力。

從發展方向上看，智慧供熱的發展可(kě)分(fēn)為(wèi)以下三個維度:

1、打造全系統智慧供熱，實現供需側雙向調控

現狀自控系統的缺陷主要是，盡管可(kě)以保障對最不利用(yòng)戶熱量的供給，卻難以同時較好地适應其他(tā)用(yòng)戶需熱的變化。智慧供熱就是通過技(jì )術手段，解決整個系統的聯調聯控，将熱用(yòng)戶對熱量的真實需求，反饋到控制系統，使整個供熱系統完成自主适應及調控。

2、物(wù)聯感知與AI相結合，實現運維一體(tǐ)

智慧供熱系統通過分(fēn)析與整合海量數據，可(kě)提供包括運行參數、各類室溫情況、水力平衡度、水電(diàn)熱及燃料分(fēn)析等功能(néng)，比依據傳統經驗的調節更加精(jīng)準、更加及時。同時，智慧供熱系統能(néng)夠将先進的經驗傳承。傳統人工管理(lǐ)模式獲得的經驗傳遞困難，各個供熱系統都有其特點，利用(yòng)人力去摸索需耗時數年之久。此外，利用(yòng)人力傳承，受到表達、理(lǐ)解、系統變化等多(duō)方面的影響，難以做到全面準确。智慧供熱不僅可(kě)以将各系統的情況完整存儲下來，而且還能(néng)快速适應系統的變化。

3、将數字孿生技(jì )術運用(yòng)在智慧供熱

領域數字孿生(Digital Twin)是通過數字技(jì )術，對物(wù)理(lǐ)世界進行鏡像化描述的一種新(xīn)方法，使物(wù)理(lǐ)世界與數字世界建立起實時的雙向映射，從而可(kě)通過數字世界對物(wù)理(lǐ)世界進行監控與幹預。

數字孿生具有天然的靈活擴展能(néng)力，各類子系統都非常容易納入到數字孿生的範疇内，也非常容易通過接口被外界所集成，不必擔心形成數據孤島。同時，采用(yòng)三維可(kě)視化引擎集成展示城市、熱源、管網、樓宇、場站、熱用(yòng)戶等各種設備的細節結構及物(wù)聯網數據，并支持多(duō)種物(wù)聯網協議數據接入，是打通現有自動化控制系統、監控系統、生産(chǎn)調度系統、客服系統、政務(wù)系統最有效技(jì )術手段。

建設空間大數據平台、物(wù)聯網平台、可(kě)視化平台，對供熱基礎設施運營狀況實現全生命周期的監控管理(lǐ)、仿真、預測，實現供熱系統的遠(yuǎn)程化、無人化、自動化、智能(néng)化的控制。