基于“數(shù)字孿生”的智慧供熱技術(shù)路線

1、"基于“數(shù)字孿生”的智慧供熱技術(shù)路線摘要：集中供熱是一種以規(guī)?；绞浇y(tǒng)籌生產(chǎn)和利用熱水或蒸汽的用能方式。針對(duì)我國(guó)北方高人口密度的城市場(chǎng)景，集中供熱具有顯著的系統(tǒng)節(jié)能效益。伴隨我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，集中供熱的規(guī)模日益擴(kuò)大。2019年年底，我國(guó)居民集中供熱面積已突破130億m2。在我國(guó)能源生產(chǎn)與消費(fèi)革命戰(zhàn)略的指導(dǎo)下，如何實(shí)現(xiàn)供熱系統(tǒng)的“清潔低碳、安全高效”轉(zhuǎn)型升級(jí)，成為當(dāng)前能源行業(yè)高度關(guān)注的問(wèn)題。關(guān)鍵詞：智慧供熱；技術(shù)路線；數(shù)字孿生；清潔能源；可再生能源引言大力推廣綠色低碳能源是我國(guó)的能源發(fā)展戰(zhàn)略。目前，我國(guó)城市集中供暖系統(tǒng)是燃煤大戶，也是空氣污染的主要來(lái)源之一，因此，在城市集中供熱

2、系統(tǒng)中推廣應(yīng)用綠色低碳能源是解決空氣污染問(wèn)題的重要舉措。隨著核反應(yīng)堆安全技術(shù)的發(fā)展，核能作為清潔、高效的新能源，在集中供熱方面的應(yīng)用具有獨(dú)特的優(yōu)越性，成熟的核供熱反應(yīng)堆技術(shù)應(yīng)用潛力巨大。本文從發(fā)展核能集中供熱系統(tǒng)的必要性、核供熱堆的安全性、核能供熱的經(jīng)濟(jì)性和社會(huì)價(jià)值以及與其他技術(shù)相結(jié)合進(jìn)一步提升核能集中供熱系統(tǒng)性能的可能性等方面，綜合分析核能集中供熱系統(tǒng)的優(yōu)越性，旨在為核能集中供熱技術(shù)在我國(guó)的推廣提供支持。1基于“數(shù)字孿生”的智慧供熱技術(shù)架構(gòu)基于“數(shù)字孿生”的智慧供熱系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)。具體由物理設(shè)備層、感知調(diào)控層、數(shù)據(jù)傳輸層和智慧決策層4層架構(gòu)組成，涉及供熱系統(tǒng)物理設(shè)備的配置與連接，系統(tǒng)狀態(tài)的實(shí)時(shí)

3、測(cè)量與數(shù)據(jù)傳輸，“數(shù)字孿生”模型的建立與迭代更新，以及基于“數(shù)字孿生”模型的智慧分析、決策和運(yùn)營(yíng)管理。其中，智慧決策層中的供熱系統(tǒng)“數(shù)字孿生”模型是智慧供熱技術(shù)架構(gòu)的核心?；跈C(jī)理建模方法建立初步模型，進(jìn)而利用供熱系統(tǒng)測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)該模型進(jìn)行修正和迭代，建立完備的“數(shù)字孿生”模型。在“數(shù)字孿生”模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)和軟測(cè)量技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)全面態(tài)勢(shì)感知，并結(jié)合預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)獲知預(yù)測(cè)供熱系統(tǒng)未來(lái)狀態(tài)。基于“數(shù)字孿生”模型實(shí)現(xiàn)物理設(shè)備全面周期管理，實(shí)時(shí)評(píng)估設(shè)備健康狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)性維護(hù)，減少系統(tǒng)故障的發(fā)生。同時(shí)，基于“數(shù)字孿生”模型制定并預(yù)演各項(xiàng)控制策略，獲得最優(yōu)控制策略，提升供熱系統(tǒng)運(yùn)行水平。2供熱系統(tǒng)

4、水力失調(diào)的狀況及產(chǎn)生的原因?qū)嵯到y(tǒng)水力失調(diào)的原因進(jìn)行分析，主要有以下5個(gè)方面：因富余壓頭所導(dǎo)致的流量分配不平衡，進(jìn)而產(chǎn)生了水力失調(diào)；在選取循環(huán)水泵時(shí)，選型不當(dāng)而導(dǎo)致運(yùn)行時(shí)偏離于設(shè)計(jì)值，進(jìn)而形成水力失調(diào)；在運(yùn)行當(dāng)中的實(shí)際熱負(fù)荷跟原本所設(shè)計(jì)的熱負(fù)荷不相符，超出或是小于設(shè)計(jì)時(shí)的熱負(fù)荷，進(jìn)而導(dǎo)致了水力失調(diào)；由于系統(tǒng)有高程差，或者是高層居民與低層居民間存在有高程差，構(gòu)成了垂直水力失調(diào)；由于在運(yùn)行期間系統(tǒng)流量存在變化，如在某分支設(shè)有電動(dòng)調(diào)節(jié)設(shè)施、對(duì)溫度實(shí)施調(diào)控，故而在室外溫偏低時(shí)閥門則會(huì)開(kāi)大，當(dāng)室外溫過(guò)高時(shí)閥門則會(huì)關(guān)小，這就會(huì)對(duì)另一部分未裝置調(diào)節(jié)設(shè)施的用戶造成水力平衡，進(jìn)而導(dǎo)致動(dòng)態(tài)水力失調(diào)。另外，由于供

5、電局、電廠小區(qū)居民室內(nèi)和室外供暖系統(tǒng)自建成起未做過(guò)改造，室內(nèi)采暖系統(tǒng)自建成時(shí)就未分戶系統(tǒng)，因此，室外供熱管網(wǎng)支、干路沒(méi)有設(shè)置必要的調(diào)節(jié)和控制裝置，部分管線腐蝕嚴(yán)重，閥門失靈、控制和銜接不完善等問(wèn)題已經(jīng)非常突出，每年的運(yùn)行維修費(fèi)用較高。而且由于管道敷設(shè)時(shí)間較長(zhǎng)，已運(yùn)行十多年，管道、管件閥門的腐蝕比較嚴(yán)重，時(shí)有漏點(diǎn)產(chǎn)生，管道保溫層和保護(hù)層損壞也比較嚴(yán)重。3基于“數(shù)字孿生”的智慧供熱技術(shù)3.1熱企業(yè)信息化建設(shè)的基本方針供熱企業(yè)的信息化建設(shè)是一個(gè)全方位的總體規(guī)劃，不僅包括對(duì)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、相關(guān)設(shè)備的使用，同時(shí)也應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)企業(yè)內(nèi)部相關(guān)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人員的技術(shù)培訓(xùn)，做到軟硬件設(shè)備以及人才共同發(fā)展的目的。因此在進(jìn)行建設(shè)

6、方針的設(shè)計(jì)時(shí)，首先應(yīng)該做好軟硬件設(shè)施的建設(shè)，通過(guò)選擇合適的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，構(gòu)建出完善的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，其中要讓子系統(tǒng)與主系統(tǒng)相融合，做到每個(gè)子系統(tǒng)都能夠在主系統(tǒng)中找到對(duì)應(yīng)的接口，由多個(gè)子系統(tǒng)共同輔助主系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)作，達(dá)到高效的辦公水平；其次就是要對(duì)企業(yè)內(nèi)部的技術(shù)人才的培養(yǎng)，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的運(yùn)作需要具備專業(yè)操作能力的技術(shù)人員來(lái)進(jìn)行操控，這樣才能夠發(fā)揮出網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的實(shí)際功能，因此企業(yè)的相關(guān)管理者要重視起這方面人才的培養(yǎng)工作，制定相關(guān)的人才培訓(xùn)計(jì)劃。除了從內(nèi)部進(jìn)行自我培養(yǎng)的方式以外，還可以嘗試在外部引進(jìn)相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人才，需要注意的是這類人才可能具備足夠的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的操作能力，但是對(duì)供熱企業(yè)的運(yùn)作內(nèi)容以及相關(guān)的業(yè)務(wù)較差，因

7、此讓這批人才投入到實(shí)際工作中之前要讓其熟悉企業(yè)的運(yùn)作流程以及相關(guān)的業(yè)務(wù)要求。3.2應(yīng)用熱泵技術(shù)吸收式熱泵原理以機(jī)組的抽汽作為動(dòng)力，回收循環(huán)水余熱（低品質(zhì)），用于熱網(wǎng)水升溫。該方式下的高品質(zhì)熱量包括利用的抽汽熱量以及回收的循環(huán)水余熱。熱泵技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)行方式簡(jiǎn)單靈活，適用于溫度需求不高的大流量供水，在生活采暖方面有較明顯的經(jīng)濟(jì)收益。另外，部分循環(huán)水還能夠進(jìn)入冷卻塔冷卻，不需以熱定電運(yùn)行，對(duì)機(jī)組出力影響小，增加了一個(gè)熱源點(diǎn)，對(duì)供熱安全性有一定提升。其缺點(diǎn)是需新建廠房，占地面積較大，投資較大。3.3熱源與熱風(fēng)的調(diào)節(jié)水力與熱力的平衡存在差異，一級(jí)網(wǎng)的水力平衡實(shí)現(xiàn)了以各熱力站供熱面積的大小來(lái)配置一級(jí)網(wǎng)的

8、循環(huán)水量，此形式僅適于當(dāng)全部換熱器均合理又保證系數(shù)全然同等的狀況下，方能做到各熱力的平衡。而此前提存在不可能性，主要原因有：在建設(shè)最初就需將擴(kuò)容這一問(wèn)題考慮在內(nèi)，通常換熱器的功率是偏大的，以免發(fā)生功率不相匹配的狀況；當(dāng)換熱器運(yùn)行一段時(shí)期之后，大多數(shù)會(huì)發(fā)生結(jié)垢等情況，并出現(xiàn)換熱系統(tǒng)不相符狀況；二級(jí)網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行期間也會(huì)發(fā)生堵塞或短路狀況。故此，在調(diào)節(jié)時(shí)需將熱源、熱網(wǎng)、換熱站以及供熱用戶設(shè)置成統(tǒng)一體系，并運(yùn)用多變量的復(fù)合方式來(lái)實(shí)施控制，將大大提高其穩(wěn)定性與效果，不僅會(huì)考慮到換熱站所存在的調(diào)節(jié)情況，還可以考慮到整個(gè)熱網(wǎng)與熱源方面總的變動(dòng)狀況，然后經(jīng)調(diào)度中心做到統(tǒng)一的調(diào)節(jié)，以此完成整網(wǎng)的動(dòng)態(tài)平衡調(diào)節(jié)，并最大限度保障運(yùn)行的節(jié)能。實(shí)際的調(diào)控狀況主要有如下兩點(diǎn)。3.4光軸改造技術(shù)蒸汽經(jīng)過(guò)中壓缸后全部用于供熱，而低壓部分不存在葉片，只保留主軸。由于這根轉(zhuǎn)子僅有主軸而沒(méi)有葉片，因此稱為“光軸”。光軸不但需要能很好地傳遞扭矩，還需具有合適的質(zhì)量、剛度，才不會(huì)對(duì)原軸系力學(xué)特性產(chǎn)生較大的影響。機(jī)組在供暖期間以光軸方式工作，在非供暖期處于正常凝汽工況。光軸技術(shù)改造之后不存在低壓轉(zhuǎn)子葉片，蒸汽的焓值不會(huì)降低，供熱效