合肥會議ppt11-無錫惠聯(lián)

1、無錫國聯(lián)環(huán)保能源集團有限公司Wuxi Guolian Environment & Energy Group Co., Ltd.多熱源、長距離集中蒸汽供熱系統(tǒng)中智慧化運行管理平臺研究國聯(lián)環(huán)保能源集團有限公司浙江大學國聯(lián)環(huán)保能源集團有限公司孟雷金鐘 崴 王文宇無錫國聯(lián)環(huán)保能源集團有限公司Wuxi Guolian Environment & Energy Group Co., Ltd.目錄一、前言二、蒸汽供熱系統(tǒng)和智慧能源概況三、多熱源、長距離蒸汽供熱系統(tǒng)面臨的運行問題四、熱網智慧化的核心技術五、熱網智慧化的技術路徑和分析策略六、智慧熱網的實施方案和應用架構七、智慧化蒸汽熱網平臺面臨問題八、結論無錫

2、國聯(lián)環(huán)保能源集團有限公司Wuxi Guolian Environment & Energy Group Co., Ltd.一、前言1、隨著我國城市蒸汽集中供熱系統(tǒng)的發(fā)展，近幾年在南方部分地區(qū)形成了多熱源、長距離、大規(guī)模的蒸汽供熱系統(tǒng)，由于系統(tǒng)復雜和蒸汽供熱的高溫、水沖擊等特性，面對海量的運行數(shù)據(jù)和無數(shù)的管網運行方式，傳統(tǒng)的運行分析和管理辦法已難以應對，導致運行安全風險和能耗增加。2、本文以無錫市國聯(lián)環(huán)保能源集團供熱系統(tǒng)為例，提出蒸汽熱網的智慧化概念，初步設想為：通過建立蒸汽熱網的大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，再利用物聯(lián)網感知、云計算、熱力學動態(tài)計算模型、熱力學虛擬仿真模型等新一代IT、熱力學技術，實現(xiàn)大熱理的智

3、慧化。達到提高管網運行的安全性，進一步減少能源損耗的目的，也是適應城市智慧化發(fā)展的需求。無錫國聯(lián)環(huán)保能源集團有限公司Wuxi Guolian Environment & Energy Group Co., Ltd.江陰無錫國聯(lián)環(huán)保能源集團控股的惠聯(lián)、雙河尖、友聯(lián)、新聯(lián)四家熱力單位， 分別布置于無錫市的北、市中心、東和南部區(qū)域，從南到北直線距離約40 公里。2015年實現(xiàn)全網互聯(lián)互通后， 運行蒸汽管網466公里，熱用戶總數(shù)762 家，熱源點到末端用戶最長距離約35 公里，形成了國內供熱距離最長、最復雜的多熱源、大規(guī)模蒸汽供熱系統(tǒng)望亭電廠蘇州友聯(lián)供熱區(qū)域友聯(lián)熱電新聯(lián)供熱區(qū)域雙河尖供熱區(qū)域藍天燃機惠

4、聯(lián)供熱區(qū)域惠聯(lián)熱電無錫國聯(lián)環(huán)保能源集團有限公司Wuxi Guolian Environment & Energy Group Co., Ltd. 大熱網系統(tǒng)應用管理的智慧化 熱力學動態(tài)計算模型 自識別、自修整能力 熱網系統(tǒng)全息模型 熱網系統(tǒng)虛擬模型關于多熱源、長距離集中供熱系統(tǒng)中智慧化運行管理平臺的基本構想無錫國聯(lián)環(huán)保能源集團有限公司Wuxi Guolian Environment & Energy Group Co., Ltd.二、蒸汽供熱系統(tǒng)和智慧能源概況蒸汽供熱系統(tǒng)感慨1、我國的城市供熱系統(tǒng)，北方以采暖熱水供熱系統(tǒng)為主，南方則以工業(yè)、商業(yè)用蒸汽供熱系統(tǒng)為主，本文探討的是南方熱電聯(lián)產、集中

5、蒸汽供熱系統(tǒng)的智慧化管理平臺。2、南方的熱電聯(lián)產、集中蒸汽供熱最早開始于上世紀80年代，最初的目的是通過替代城市工業(yè)、商業(yè)燃煤鍋爐，實現(xiàn)城市區(qū)域用能煙氣合格排放、超低排放，達到節(jié)能減排的綜合效能。3、最近20多年來，隨著我國的城鎮(zhèn)化進程和經濟的快速發(fā)展，能源消耗持續(xù)增長，集中供熱的規(guī)模不斷擴大，加上最近幾年國內長距離供熱技術的成熟，集中供熱正向著多熱源、長距離、大規(guī)?；ヂ?lián)互通的方向發(fā)展，以此更有效地提高熱源、管網設備利用率和供熱可靠性。無錫國聯(lián)環(huán)保能源集團供熱系統(tǒng)架構無錫國聯(lián)環(huán)保能源集團有限公司Wuxi Guolian Environment & Energy Group Co., Ltd.二

6、、蒸汽供熱系統(tǒng)和智慧能源概況智慧能源系統(tǒng)感慨“互聯(lián)網+”智慧能源是一種互聯(lián)網與能源生產、傳輸、存儲、消費以及能源市場深度融合的能源產業(yè)發(fā)展新形態(tài)，具有設備智能、多能協(xié)同、信息對稱、供需分散、系統(tǒng)扁平、交易開放等主要特征，通過推進信息系統(tǒng)與物理系統(tǒng)在量測、計算、控制等多功能環(huán)節(jié)上的高效集成，實現(xiàn)能源互聯(lián)網的實時感知和信息反饋，建設信息系統(tǒng)與物理系統(tǒng)相融合的智能化調控體系。美國IBM公司在供電、供水領域的智慧化技術施耐德采暖熱網水力仿真軟件西門子區(qū)域能源系統(tǒng)的綜合互補運行調度軟件目前，在國際市場上，施耐德電氣的熱網水力仿真軟件TERMIS可實現(xiàn)對采暖集中熱水供熱系統(tǒng)熱工水力運行工況的實時仿真與分析

7、，在北歐地區(qū)具有成功案例，在我國濟南熱電集團也已建設有示范工程。西門子公司近年來結合智慧能源和微網建設需求，研發(fā)了區(qū)域能源系統(tǒng)的綜合互補運行調度軟件。美國IBM公司在智慧城市技術方面，其在供電、供水 等城市能源基礎設施的智慧化方面已有充分的關注和案例， 但還尚未涉及供熱系統(tǒng)。另外，多熱源、大規(guī)模的蒸汽供熱系統(tǒng)比熱水供熱系統(tǒng)復雜的多，系統(tǒng)面臨的諸多問題迫切需要智慧化平臺來解決。無錫國聯(lián)環(huán)保能源集團有限公司Wuxi Guolian Environment & Energy Group Co., Ltd.6、其它問題5、應急指揮決策問題4、海量數(shù)據(jù)的監(jiān)控問題3、大熱網運行的安全性問題三、多熱源、長距

8、離蒸汽供熱系統(tǒng)面臨的運行問題2、熱負荷分配和管網運行方式的優(yōu)化問題1、長距離供熱系統(tǒng)中溫度、壓力控制問題無錫國聯(lián)環(huán)保能源集團有限公司Wuxi Guolian Environment & Energy Group Co., Ltd.重要節(jié)點配汽站熱源點熱用戶距離10公里距離10公里末端12公里望亭電廠控溫控壓老協(xié)聯(lián)1、長距離供熱系統(tǒng)中溫度、壓力控制問題理論上講，精確控制末端用戶的用熱溫度，是保障管網安全運行，減少能源損耗的有效措施，也是精 細化管理的基本要求。但長距離供熱從熱源點到末端用戶的供熱距離很長，熱源點控制的蒸汽溫度在傳輸?shù)綗嵊脩舻倪^程中需要相當長的時間，再由于管網晝夜負荷變化造成的蒸汽

9、流速差異等，實際決定末端用戶用熱溫度的因素 很多，主要有：熱源點輸出溫度；相關用戶的用汽量綜合成的相關管道蒸汽瞬時流量；管網的儲熱情況； 用戶位置、管道長度；管道管徑；管道保溫結構等。其中難度最大的是“相關管道的瞬時流量”，不但要考慮主管道、分支管道和用戶支線的各種分段流量，還需要預測以后幾小時內的負荷變化。也就是說需要將所有相關用戶在當下和將來若干時間內的用汽負荷全部測算清楚，再結合管網所有的結構數(shù)據(jù)才能進行分析，故長距離人工控溫難度很大。長距離輸送的蒸汽管網從控壓點到末端用戶也需要一定的時間，特別是在高峰用熱的開始點或結束點，遠距離加減壓力經常會出現(xiàn)跟不上用熱變化與節(jié)奏，造成管網欠壓或超壓

10、。長距離控溫控壓過程中，參數(shù)變化存在嚴重的滯后性，操作不當會造成終端管網在夜間低谷時段溫度過低，或供熱高峰段溫度又會過熱。壓力滯后性在熱負荷晝夜變化時段會造成操作跟不上節(jié)奏，終端管網欠壓或超壓。無錫國聯(lián)環(huán)保能源集團有限公司Wuxi Guolian Environment & Energy Group Co., Ltd.與望亭1#線供熱區(qū)域相連2#線支2負荷峰季15-22t/h 淡季9-16t/hh龍山路區(qū)峰季17-27t/h 淡季9-11t/h興源興昌區(qū)峰季14-47t/h 淡季9-15t/h望亭2#線帝業(yè)技凱以西峰季16-21t/h 淡季7-12t/hB5區(qū)峰季20-26t/h 淡季9-17

11、t/hB6區(qū)峰季15-20t/h 淡季10-15t/hB7區(qū)峰季30-42t/h 淡季20-28t/hB8區(qū)峰季12-22t/h 淡季5-13t/h友聯(lián)海力士復線2、熱負荷分配和管網運行方式的優(yōu)化問題多熱源聯(lián)網運行的大規(guī)模熱網系統(tǒng)會產生非常多的管網運行方式，從微支管網到支管網，再到主管網，最后是熱源點，各種運行方式環(huán)環(huán)相扣，負荷平衡非常復雜，運行優(yōu)化只能采用粗礦型的人 工判斷方式，而且往往滯后于實際情況，造成不必要的能源損耗。所以面對這種復雜性的熱網系統(tǒng)， 依靠傳統(tǒng)的人工分析和管理辦法已不能適應實際需要，要提高管理水平，進一步降低能源損耗必須走智慧化道路。無錫國聯(lián)環(huán)保能源集團有限公司Wuxi

12、Guolian Environment & Energy Group Co., Ltd.3、大熱網運行的安全性問題蒸汽熱網運行安全性的首要問題是水沖擊，如果是單種管網運行方式和疏水情況還可以通過繁瑣的人工水力計算來分析水沖擊隱患情況。但針對不斷變化管網運行方式的大熱網系統(tǒng)，水力計算顯然已不可能準確評估管網末端、局部區(qū)域的水沖擊隱患了， 需要建立自識別的動態(tài)分析模型來確定管網含水率和疏水量。閥門關閉閥門關閉閥門關閉串供點2金和線串供點1右圖是雙河尖地區(qū)的普通支 管網，由于存在兩個串供點， 隨著負荷的晝夜變化，兩個 串供點的串供量從0-10t/h變化，造成本區(qū)域管網含水率 變化較為復雜，運行風險點

13、 較多且動態(tài)變化。吳橋片區(qū)車站片區(qū)101醫(yī)院建華片區(qū)無錫國聯(lián)環(huán)保能源集團有限公司Wuxi Guolian Environment & Energy Group Co., Ltd.4、海量數(shù)據(jù)的監(jiān)控問題：大熱網系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)量很大，再加上管網的地理信息，用戶信息等，人工監(jiān)控內容很多，特別是數(shù)據(jù)異常或管網異常情況的監(jiān)控分析，很難做到在第一時間發(fā)現(xiàn)和處置。無錫國聯(lián)環(huán)保能源集團有限公司Wuxi Guolian Environment & Energy Group Co., Ltd.5、應急指揮決策問題也是由于熱網系統(tǒng)的復雜性，造成應急處理的難度大幅增加，預料之外的熱網突發(fā)需要及時提供可靠的管網運行應急

14、調度方案，智慧化系統(tǒng)可以解決此類問題。無錫國聯(lián)環(huán)保能源集團有限公司Wuxi Guolian Environment & Energy Group Co., Ltd.6、其它問題大熱網系統(tǒng)中用戶行業(yè)、類別較多，用汽量受行業(yè)景氣度、天氣等情況影響大，很難實現(xiàn)計劃用汽，造成熱網負荷的預測困難。大熱網參數(shù)表計雖然在不斷增加完善，但總是跟不上管網運行變化的需要。各熱源點鍋爐、機組設備各不相同，供熱負荷對熱源點的經濟性會有很大影響，需要單獨分析熱源點情況等。由于大熱網轄區(qū)很大，各類業(yè)務的特點是分散和片面，依靠人工+交通來處理問題的方式效率低下且安全隱患重重。無錫國聯(lián)環(huán)保能源集團有限公司Wuxi Guoli

15、an Environment & Energy Group Co., Ltd.3、虛擬模型數(shù)據(jù)學習實際信息，不斷修整優(yōu)化的技術。2、仿真模型的全網在線熱工水力特性的快速求解算法技術。四、蒸汽熱網智慧化的核心技術1、能快速自識別運行方式的蒸汽管網、設備GIS地理路網模型，全息拓撲結構并形成系統(tǒng)架構模型。無錫國聯(lián)環(huán)保能源集團有限公司Wuxi Guolian Environment & Energy Group Co., Ltd.7、負荷預測策略6、安全性分析策略5、運行方式和管損分析策略4、參數(shù)控制分析策略五、熱網智慧化的技術路徑和分析策略3、建模路徑2、技術路徑1、總體架構無錫國聯(lián)環(huán)保能源集團有

16、限公司Wuxi Guolian Environment & Energy Group Co., Ltd.1、總體架構總體架構分為：大數(shù)據(jù)系統(tǒng)、仿真運行系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)、智能監(jiān)控系統(tǒng)和智能決策系統(tǒng)。大數(shù)據(jù)系統(tǒng)將反映供熱系統(tǒng)關鍵位置處運行狀態(tài)的實際測量信息通過通訊網絡傳送至運行調度平臺；進而，在建模仿真層，通過仿真模型模擬分析，實現(xiàn)熱網的全部狀態(tài)的軟監(jiān)測；而后，在分析診斷層，基于大數(shù)據(jù)分析技術，對供熱生產的監(jiān)測感知及仿真數(shù)據(jù)進行充分的分析、挖掘、診斷；最后，在智能監(jiān)控和智能決策層為系統(tǒng)調度運行、檢修維護、規(guī)劃設計提供全面決策支持。無錫國聯(lián)環(huán)保能源集團有限公司Wuxi Guolian Enviro

17、nment & Energy Group Co., Ltd.2、技術路徑智慧熱網的技術路徑是：將以物聯(lián)感知測量為基礎，在計算機系統(tǒng)內建立與現(xiàn)實供熱系統(tǒng)相對應的熱能生產、輸配、消費全過程仿真模型，基于測量與仿真解決對熱網多種運行狀態(tài)進行定量分析診斷，進而面向供熱系統(tǒng)運行的參數(shù)控制、安全性分析、經濟性分析等內容的優(yōu)化目標開展調度方案的智能優(yōu)化，為運行人員提供建議方案和決策依據(jù)，實現(xiàn)供熱系統(tǒng)生產的智慧升級。智慧熱網技術路徑圖無錫國聯(lián)環(huán)保能源集團有限公司Wuxi Guolian Environment & Energy Group Co., Ltd.3、建模路徑仿真是一種借助計算機系統(tǒng)完成虛擬實驗的技

18、術途徑。它和現(xiàn)實物理系統(tǒng)實驗的差別在于，仿真實驗不是在實際環(huán)境中，而是借助作為實際系統(tǒng)映像的仿真模型在相應的“虛擬”環(huán)境中進行的。由于這種虛擬的實驗能夠以低成本、快速或并行的方式被大量重復，因此，對于系統(tǒng)運行問題，可以先在虛擬仿真系統(tǒng)中對各種系統(tǒng)輸入進行模擬，獲得對應的各種輸出，從中擇優(yōu)后再執(zhí)行到真實物理系統(tǒng)之上。建模技術路徑圖無錫國聯(lián)環(huán)保能源集團有限公司Wuxi Guolian Environment & Energy Group Co., Ltd.4、參數(shù)控制分析策略長距離供熱系統(tǒng)中，蒸汽壓力傳輸速度較快，溫度傳輸速度相對要慢得多，溫度從始端到末端的溫降和傳輸時間雖然可以通過復雜的水力計算

19、得出相關結論，但由于各段管網的蓄熱狀況、保溫結構、使用年限、保溫施工等條件各不相同，造成水力計算結果會與實際參數(shù)有很大差距。通過大數(shù)據(jù)和模擬系統(tǒng)可以解決此類問題：首先通過分析管網運行歷史數(shù)據(jù)，積累不同負荷、溫度情況下各段管網的溫降信息， 再按最簡化的計算方式：T末端=T始端- T*L（T末端為末端溫度，T始端為始端溫度，T為分段蒸汽管道在指定負荷下的每公里溫降，L為分段蒸汽管道的長度），（當T末端計算結果小于蒸汽的飽和溫度時，可以根據(jù)蒸汽的汽化潛熱推算出蒸汽含水率）進行推算，最后通過實際數(shù)據(jù)修整。時間(點）123456789101112流量（t/h）79 77 74 72 82 82 95 1

20、23 162 158 161 147 望亭溫度()352 355 355 352 354 353 357 349 351 353 352 352 7km后溫度()313 312 311 310 309 309 309 312 318 323 324 324 時間(點）131415161718192021222324流量（t/h）137 143 145 132 121 109 104 105 102 88 77 79 望亭溫度()352 350 349 353 352 351 351 349 350 348 356 354 7km后溫度()324 323 323 322 321 322 319

21、317 316 314 312 310 望亭一號線不同負荷時沿線溫降流 量望亭出口望虞河北錫通高速新梅路周涇浜下甸橋浜天山路城區(qū)協(xié)聯(lián)電廠（t/h）（）（）（）（）（）（）（）（）（）174351346.7341.5328280.8275.1270.4265.7253.9167.5354349344330269262.7259254242163354350344331272266.3261.5256.9244.7142.5358354347328278268261.6256240119.5355351343326282273.3267.226024410935435034132129228127

22、4.52702508435735133631128326625725022573355347336.830928026525625022260348340327301.6275264257.7252.8230.748355343325299271258.9249244.8220.4無錫國聯(lián)環(huán)保能源集團有限公司Wuxi Guolian Environment & Energy Group Co., Ltd.傳輸時間則可以通過根據(jù)末端溫度出現(xiàn)最高或最低的時間點情況進行計算修整。末端用戶的壓力控制則主要依靠大數(shù)據(jù)的負荷預測來判斷壓力變化趨勢， 實現(xiàn)計劃操作控制，避免長距離輸送帶來的滯后性。無錫國聯(lián)環(huán)

23、保能源集團有限公司Wuxi Guolian Environment & Energy Group Co., Ltd.5、運行方式和管損分析策略一個層面，多熱源復雜管網系統(tǒng)的管損分析需要從微支線開始，到分支管線、主管線，最后全部熱源點管網的整體分析。第二個層面是實時和模擬系統(tǒng)的分析，實時系統(tǒng)相對簡單，模擬系統(tǒng)則需要分析各種運行方式的所有管損情況，最后篩選優(yōu)化。第三個層面是生產管損和財務管網的分析，生產管損只根據(jù)實時的運行數(shù)據(jù)計算，財務管損則需要結合所有用戶合同條款進行計算。簡化策略是，建立常規(guī)的運行方式模板；剔除較風險的運行方式（根據(jù)末端含水率判斷）；篩選并確定計算必要的時間節(jié)點；建立自識別運行

24、方式的系統(tǒng)模型，自識別、自分類和動態(tài)計算。分析內容分析方式自識別運行方式的系統(tǒng)模型，通過自分類和動態(tài)計算來完成全損分析分時管損財務管損生產管損微支線管損分支線管損主管線管損區(qū)域管損集團整體管損無錫國聯(lián)環(huán)保能源集團有限公司Wuxi Guolian Environment & Energy Group Co., Ltd.6、安全性分析策略主要是建立動態(tài)的管網蒸汽參數(shù)計算模型，自識別末端用戶和末端管道，自動展示各重要節(jié)點的蒸汽參數(shù)情況，根據(jù)人工設定的含水率要求進行判斷安全風險。由于運行方式的復雜變化造成管網重要節(jié)點的不確定性，可以通過建立模擬表計的方式來操作處理。另外根據(jù)各類人工給予的負荷波動量、管

25、網設計溫度、溫壓突變等要求進行分析提醒。風險點展示與預警根據(jù)邊界條件自動尋找風險點根據(jù)實際參數(shù)自動修整動態(tài)水力計算模型進行全網參數(shù)模擬計算自識別運行方式的運行模型管網、設備的路網定位GIS模型無錫國聯(lián)環(huán)保能源集團有限公司Wuxi Guolian Environment & Energy Group Co., Ltd.隨時間過程的自動修正功能大 數(shù) 據(jù) 分析方法7、負荷預測策略需要對各熱用戶的歷史運行數(shù)據(jù)結合天氣、節(jié)假日等因素，提取分析，采用大數(shù)據(jù)分析方法，建 立各熱用戶的負荷預測數(shù)據(jù)模型，在保證預測模型滿足一定精度的前提下，還需要開發(fā)出預測模型隨時間過程的自動修正功能，實現(xiàn)供熱系統(tǒng)各熱用戶負荷的滾動預測。節(jié)假日、檢修、限負荷等特殊情況用戶行業(yè)景氣度用戶負荷預測模型主管網預測負荷支管網預測負荷微支管網預測負荷用戶將來各時間點的預測負荷預測熱源點負荷天氣情況用戶歷史運行數(shù)據(jù)無錫國聯(lián)環(huán)保能源集團有限公司Wuxi Guolian Environment & Energy Group Co., Ltd.六、智慧熱網的實施方案和應用架構1、硬件設備建設，包含主機UPS系統(tǒng)、工程師站、實時模擬服務器、web服務器、數(shù)據(jù)庫服務器、大數(shù)據(jù)分析服務器、并行優(yōu)化計算集群等。2、建立熱網大數(shù)