智慧城市供热系统技术应用和发展简析

智慧城市供热系统技术应用背景和发展潜力简析

智慧城市供热系统的背景

城镇集中供热是我国城市统筹生产、生活、生态三大布局，建设生态文明社会和中国特色新型城镇化的重要内容，也是十九大报告中“推进资源全面节约和循环利用，降低能耗、物耗，实现生产系统和生活系统循环链接”的具体体现，是“关系民生、民心的大事”。2017年底，中国政府十部委联合发布了《北方地区冬季清洁取暖规划（2017-2021年）》，提出到2021年，综合清洁取暖率从2016年底的34%提升到70%的重大目标。同时，建设集中式的工业园区并集中供应蒸汽等能源也是各级政府推动工业转型升级的重要模式。

为应对城镇集中供热系统加速转型发展的重大挑战，提升供热系统运行的安全性、可靠性、灵活性和经济性，同时降低污染物排放，浙江大学能源工程学院近年来开展了大量智慧供热技术研究与工程应用。智慧供热以供热信息化和自动化为基础，以信息系统与物理系统深度融合为技术路径，运用物联网、云计算、大数据、人工智能、建模仿真、模型预测控制等技术感知连接供热系统“源-网-荷-储”全过程中的各种要素，统筹分析优化系统中的各种资源，按需精准调控系统中各层级、各环节对象，具有自感知、自分析、自诊断、自优化、自调节、自适应的典型特征。

智慧城市供热系统的关键技术

信息物理系统CPS（Cyber-Physical System）是通过集成先进的感知、通信、计算与控制等信息技术和自动控制技术，构建物理空间与信息空间中人、机、物、环境、信息等要素的相互映射、适时交互、高效协同的复杂系统，实现系统内资源优化配置和运行的按需响应、快速迭代、动态优化。CPS是支撑两化融合的综合技术，是工业4.0、中国制造2025的核心技术。

信息物理系统的内涵：

状态感知：基于物联网、SCADA等系统随时获取物理系统的运行状态。

实时分析：采用大数据、系统仿真等方法将显性数据加工为可理解的信息，解释数据背后的逻辑。

科学决策：基于对当前工况的实时分析结果，产生系统科学优化运行的决策。

精准执行：运用科学决策，实现物理系统的调控，实现自适应优化运行。

供热生产过程中运行调度人员面临的决策问题：

1. 运行方式切换变化时如何保证系统安全稳定运行。2. 多热源间热负荷分配实时优化面向系统整体的安全、可靠、均衡、环保、节能多目标最优，实时优化多热源间负荷分配，提出多个方案供运行人员参考。3. 储能装置的运行策略优化。

自1996年起，锅炉性能分析计算系统已在我国锅炉装备制造业全面推广应用，支持了全行业近15年的发展。浙江大学锅炉及电厂热力系统仿真模型，一个自主的电厂热力系统仿真分析平台。以在线仿真模型为内核，通过智能优化算法对负荷分配、热网解列、节能运行、应急抢险等运行调控方案进行寻优，实现iheating智慧供热系统的调度决策支持和预测控制调节，进而为热网的规划设计、扩建改建提供决策依据。实现从有代价的“物理系统试错”到无代价的“信息系统实时仿真择优”的转变。

▲智慧供热系统运行调度控制决策实时优化

iheating智慧城市供热系统能够支撑能源互联网建设和能源行业转型，实现灵活、多样、开放、互补的智慧供热系统运行的动态平衡；能够提高公共基础设施安全性和可靠性，通过仿真模型预测预判提高预见性，辅助运行决策，降低故障率，提高应急处置能力；能够显著提高供热生产质量，提高供热均衡性、舒适性以保障民生，提高工业供热品质；能够供热生产全过程的节能减排，基于仿真模型定量优化生产方案，实现系统节能减排。

目前，相关研究成果已在北京、济南、郑州、上海、无锡、舟山等多地的示范项目中成功转化并取得显著效益，具有重要的工程应用推广前景。--浙大技术转移中心