打造城市智慧供熱標(biāo)桿推動供熱數(shù)字轉(zhuǎn)型升級-王海鴻

打造城市智慧供熱標(biāo)桿推動供熱數(shù)字轉(zhuǎn)型升級2024年9月01背景介紹智慧供熱發(fā)展歷程改造效果未來展望截止2023年底，供熱總面積5.12億平方米，市域內(nèi)供熱面積3.62億平方米截止2023年底，供熱總面積5.12億平方米，市域內(nèi)供熱面積3.62億平方米，市域外供熱面積1.5億平方米，管理的鍋爐房586座，熱力站6413座，熱用戶353萬戶。助力企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型和低碳綠色發(fā)展不確定性降低整體均衡安全風(fēng)不確定性降低整體均衡安全風(fēng)熱用戶各異的用熱特性系統(tǒng)加速熵增化石能源靈活調(diào)峰難度加大系統(tǒng)加速熵增用能無序“分布-集中”協(xié)同機制復(fù)雜用能無序挑戰(zhàn)熱源供能不確定性增加能源形式多樣n碳達峰、碳中和戰(zhàn)略要求供熱系統(tǒng)進一步節(jié)能降耗。如何實現(xiàn)按需用能、大系統(tǒng)內(nèi)部時空均衡、清潔能源的高效利用是供熱系統(tǒng)的迫切挑戰(zhàn)。智慧供熱是供熱系統(tǒng)碳中和的技術(shù)支撐我國北方冬季供暖總面積211億平方米，其中城鎮(zhèn)供暖面積141億平方米,供熱碳排放5.5億噸/年，供熱行業(yè)亟需數(shù)字化、智能化升級，增效減碳。智慧供熱是北方智慧城市建設(shè)的重要組成部分?？稍偕茉?、多能耦合需要更智慧的大腦《能源生產(chǎn)和消費革命戰(zhàn)略(2016-2030)》：“推進能源信息系統(tǒng)與物理系統(tǒng)融合，構(gòu)建基于大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的能源監(jiān)測、管理、調(diào)度信息平臺、服務(wù)體系”。傳統(tǒng)供熱行業(yè)需要數(shù)字化、智能化升級2017年十部委聯(lián)合頒布《北方地區(qū)冬季清潔取暖規(guī)劃》：推動智能供熱研究及應(yīng)用示范，重點研究先進傳感技術(shù)、控制技術(shù)、信息技術(shù)、通訊技術(shù)、集中供熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及技集中供熱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及技典型模式一個或多個熱源廠，由閉式循環(huán)的一級熱水管網(wǎng)將熱能輸配到數(shù)十、數(shù)百乃至上千個熱力站，一級網(wǎng)熱能經(jīng)各熱力站內(nèi)的換熱器傳至二級網(wǎng)，由二級網(wǎng)向需求側(cè)各建筑物配送熱能。大型供熱系統(tǒng)的熱水在一級管網(wǎng)內(nèi)需經(jīng)過數(shù)小時（通常為2-8小時）的流動才能到達遠(yuǎn)端熱力站，表現(xiàn)為突出的溫度傳輸延遲特性和強耦合性。模型預(yù)測精準(zhǔn)調(diào)控天氣（不確定）物聯(lián)網(wǎng)獲取需求側(cè)大數(shù)二次管網(wǎng)（0.3-2小時滯后、一次管網(wǎng)術(shù)特性熱源：熱網(wǎng)：熱力站：域供暖不足，熱源：熱網(wǎng)：熱力站：域供暖不足，“水力失量、小溫差”運行方式應(yīng)對上述行業(yè)困境，發(fā)展智慧供熱迫在眉睫能源轉(zhuǎn)型和清潔供熱使得供熱系統(tǒng)調(diào)控的復(fù)雜性和動態(tài)性已經(jīng)超越了人腦能夠分析和優(yōu)化的水平，必須依靠智慧供熱系統(tǒng)的輔助或代替人的智能。02智慧供熱發(fā)展歷程智慧供熱改造技術(shù)路線智慧供熱改造技術(shù)路線改造效果未來展望北京熱力智慧供熱發(fā)展歷程圖2017年在三河實施了北京市科委重大專項，實現(xiàn)了千萬平米級城市熱網(wǎng)數(shù)字孿生建模。鍋爐房首次實現(xiàn)了“源-網(wǎng)-站-線-戶”的全過程精溝供熱區(qū)域進行推廣。結(jié)合老舊供熱管網(wǎng)改結(jié)合老舊供熱管網(wǎng)改2017202220232020202120122019202420172022202320202021201220192024開始啟動國內(nèi)最大面積的“智能化熱網(wǎng)”建設(shè)，實現(xiàn)了從“熱源-熱網(wǎng)-熱力站”的智能化熱網(wǎng)調(diào)度體系建設(shè)。站到熱用戶側(cè)的按需精準(zhǔn)供熱,標(biāo)志著從自動化供熱向智慧供熱的轉(zhuǎn)變。4500萬㎡的智慧供熱改造項目?！笆奈濉敝暗墓ぷ鳌笆奈濉敝暗墓ぷ鱪北京熱力作為全國最大的集中供熱企業(yè)，2012年開始陸智能化熱網(wǎng)調(diào)度體系建設(shè)02.熱網(wǎng)在線仿真與優(yōu)化調(diào)度“一站一日一核算”成本分析管控信息化基礎(chǔ)建設(shè)04.室溫氣象數(shù)據(jù)平臺等自動化06.熱力站無人值守改造2017—年城市多源供熱系統(tǒng)智慧調(diào)度決策支持平臺-北京熱力三河新源公司北京市科委2017年重點科研項目產(chǎn)熱負(fù)荷500MW與620MW尖峰熱源：全供燕郊地區(qū)2017年—城市多源供熱系統(tǒng)智慧調(diào)度決策支持平臺-北京熱力三河新源公司在線建模仿真模塊：實時展示熱網(wǎng)運行測量及仿真數(shù)據(jù)實現(xiàn)設(shè)備測量與仿真軟測量互補的運行狀態(tài)全面軟測量。離線建模仿真模塊：建立的熱網(wǎng)機理模型細(xì)化到各元件，在給定參數(shù)條件下進行仿真計算，獲得供熱管網(wǎng)各處的參數(shù)分布。熱網(wǎng)優(yōu)化解列后，鍋爐負(fù)荷遠(yuǎn)少于優(yōu)化前，在采暖季124天內(nèi)熱網(wǎng)優(yōu)化解列后，鍋爐負(fù)荷遠(yuǎn)少于優(yōu)化前，在采暖季124天內(nèi)，鍋爐熱源供熱量（燃?xì)饬浚﹥?yōu)化熱源負(fù)荷分配優(yōu)化削峰填谷技術(shù)2017年—城市多源供熱系統(tǒng)智慧調(diào)度決策支持平臺-北京熱力三河新源公司其中基于數(shù)字孿生建模方法和信息物理融合的多源供熱系統(tǒng)運行態(tài)勢在線評估技術(shù)居于國際領(lǐng)先2019年—基于室溫的換熱站+單元協(xié)同調(diào)控-豐臺頂秀金石小區(qū)工作站簡介：國家科技部重點研發(fā)計劃工作站我國供熱行業(yè)第一個國際合作方向的國家重點研發(fā)計劃，也標(biāo)志著從自動化供熱向智慧供熱的轉(zhuǎn)變。樓口控制箱樓口電動調(diào)節(jié)閥樓口控制箱2019年—基于室溫的換熱站+單元協(xié)同調(diào)控-豐臺頂秀金石小區(qū)站的尖峰熱負(fù)荷超過25%；20、21年—獨網(wǎng)鍋爐房全過程按需精準(zhǔn)調(diào)控-北京熱力門頭溝分公司黑山鍋爐房“基于大數(shù)據(jù)的北方城鎮(zhèn)供熱按需精準(zhǔn)調(diào)控技術(shù)研究與示范”項目的在源-網(wǎng)-站-線-戶”的全過程精準(zhǔn)調(diào)控20、21年—獨網(wǎng)鍋爐房全過程按需精準(zhǔn)調(diào)控-北京熱力門頭溝分公司黑山鍋爐房接入規(guī)范統(tǒng)一、平臺管控聯(lián)網(wǎng)全面感知、全域互聯(lián)、數(shù)據(jù)共享、全程管控系統(tǒng)預(yù)測性控制、“低碳-舒適”多目標(biāo)尋優(yōu)對熱源、熱力站在線高精度模擬全流程動態(tài)對熱源、熱力站在線高精度模擬全流程動態(tài)調(diào)節(jié)和運行優(yōu)化對供熱系統(tǒng)全過程關(guān)鍵參數(shù)進行20、21年—獨網(wǎng)鍋爐房全過程按需精準(zhǔn)調(diào)控-北京熱力門頭溝分公司黑山鍋爐房節(jié)能收益管理收益?熱力站實現(xiàn)了數(shù)據(jù)自主上傳，指令自主下達?熱力站實現(xiàn)了數(shù)據(jù)自主上傳，指令自主下達,緩解了管理單位人手不足的問題；?大大縮短了一網(wǎng)調(diào)平衡的時間，平衡水力工況，增壓泵在智慧供熱投運后沒有啟動。?鍋爐房實現(xiàn)了聯(lián)動聯(lián)調(diào)，減緩了運行人員的壓力。?提高了樓棟之間的平衡度，提高了室溫質(zhì)量,降低了投訴率。2022年始—北京市全市大規(guī)模智慧供熱改造按照市管委《關(guān)于開展智能化供熱改造試點工作的通知》要求，北京熱力采用規(guī)定的技術(shù)路線完成2082.42萬㎡改造。按照市管委《關(guān)于開展2023年智能化供熱改造工作的通知》、《北京市智按市管委的相關(guān)要求，結(jié)合地下管線老化更新改造工程，同步開展智能化改2022年始—智慧供熱：京鐵家園通信感知、熱源、熱力站基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)備、表計的全（鍋爐房）”的精準(zhǔn)按需調(diào)度。多尺度時空負(fù)荷預(yù)測、全系統(tǒng)預(yù)測性控制、“低碳-舒適”多目標(biāo)尋優(yōu)。京鐵家園燃?xì)猹毦W(wǎng)鍋爐房總供暖面積44.7萬京鐵家園燃?xì)猹毦W(wǎng)鍋爐房總供暖面積44.7萬項目概況2022年始—智慧供熱：京鐵家園02智慧供熱發(fā)展歷程0303智慧供熱改造技術(shù)路線改造效果未來展望總體技術(shù)路線：基于數(shù)字孿生模型的智慧供熱調(diào)度決策?通過數(shù)字化手段實現(xiàn)復(fù)雜能源系統(tǒng)的精準(zhǔn)調(diào)控和精細(xì)化管理。?建立供熱系統(tǒng)全過程“數(shù)字孿生”模型，采用在線優(yōu)化技術(shù)為運行調(diào)度人員提供決策依據(jù)。智慧決策層工況條件工況適應(yīng)度智慧決策層工況條件工況適應(yīng)度監(jiān)測控制層供熱參數(shù)泵閥組合監(jiān)測控制層供熱設(shè)備層供熱設(shè)備層技術(shù)路線：機理與數(shù)據(jù)協(xié)同驅(qū)動的“智能運行與調(diào)控”T-溫度，風(fēng)，雨，雪，霾T-溫度，風(fēng)，雨，雪，霾流量q1流量q2，二次平均T2歷史運行數(shù)據(jù)天氣條件天氣條件流量q1流量q2，二次平均T2歷史運行數(shù)據(jù)天氣條件天氣條件AI控制算法與自適應(yīng)調(diào)控技術(shù)源側(cè)氣候模型熱力站氣候模型源側(cè)氣候模型熱力站氣候模型熱網(wǎng)實時運行數(shù)據(jù)熱力站負(fù)荷預(yù)測單元樓負(fù)荷預(yù)測熱源供熱負(fù)荷預(yù)測熱網(wǎng)實時運行數(shù)據(jù)熱力站負(fù)荷預(yù)測單元樓負(fù)荷預(yù)測熱源供熱負(fù)荷預(yù)測實際供熱效果評估數(shù)據(jù)驅(qū)動的運行優(yōu)化技術(shù)實際供熱效果評估循環(huán)泵特性模型循環(huán)泵運行頻率循環(huán)泵運行壓差智能調(diào)控調(diào)控目標(biāo)輸出值熱力站閥門開度循環(huán)泵特性模型循環(huán)泵運行頻率循環(huán)泵運行壓差智能調(diào)控調(diào)控目標(biāo)輸出值熱力站閥門開度技術(shù)路線：以人工智能技術(shù)為基礎(chǔ)的“數(shù)字孿生”全域物聯(lián)網(wǎng)nn特性數(shù)據(jù)辨識n“戶-線-站-網(wǎng)-源”全鏈條閉環(huán)預(yù)測性控制智慧供熱平臺數(shù)字孿生覆蓋決策、管理和運行三層次多場景調(diào)控模型訓(xùn)練數(shù)據(jù)擬合、特征選擇、模型訓(xùn)練、模型評估、模型優(yōu)化智能化運行數(shù)據(jù)采集、運行監(jiān)控（熱源/熱力站/樓口/戶）、二網(wǎng)平衡、室溫監(jiān)測、服務(wù)監(jiān)測、節(jié)能分析、負(fù)荷預(yù)測技術(shù)路線：智慧供熱平臺核心技術(shù)——全態(tài)勢感知服務(wù)開關(guān)量、狀態(tài)量、環(huán)境量、行為量全覆蓋；視像頭、通信感知等熱源、熱力站基礎(chǔ)設(shè)施的全巡檢；設(shè)備、表計的全接入；供熱系統(tǒng)時空的全息感知的“四全”泛在感知體系。4500萬㎡管理范圍13個鍋爐房409個熱力站16.86萬個室溫設(shè)備目前全國最大規(guī)模的全流程智慧供熱平臺。設(shè)備端SDK支持多種設(shè)備接入一機一密ID認(rèn)證源-網(wǎng)-站-樓-戶送閱推送閱推服消廣播通信指定Topic廣播場景聯(lián)動多設(shè)備聯(lián)動控制設(shè)備生命周期支持設(shè)備全生命周期管理狀態(tài)云端同步物模型管理物理空間中的實體數(shù)字化數(shù)據(jù)分析支持差分等升級在線調(diào)試遠(yuǎn)程在線調(diào)試監(jiān)控診斷設(shè)備狀態(tài)與數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)分別監(jiān)控數(shù)據(jù)備份同步備份及分發(fā)時序選擇，數(shù)據(jù)質(zhì)量管理電量、信號等智慧供熱設(shè)備改造：熱源、熱力站熱源側(cè)城市熱網(wǎng)數(shù)字孿生建模，在線水力平衡，動態(tài)多能耦合；工業(yè)安全防護升級.熱力站側(cè)增加物聯(lián)感知設(shè)備以及優(yōu)化電動執(zhí)行機構(gòu)，升級自動化控制程序；工業(yè)安全防護升級。智慧供熱設(shè)備改造：樓口、用戶單元精準(zhǔn)調(diào)控改造單元平衡調(diào)控改造01.01.2022年智慧供熱改造三種路線戶級精準(zhǔn)調(diào)控改造戶級精準(zhǔn)調(diào)控改造對于雙管分戶成環(huán)系統(tǒng)，每個用戶安裝智能閥等，自動調(diào)控樓用戶供熱量，實現(xiàn)供熱系統(tǒng)全數(shù)據(jù)鏈的反饋和基于室溫的精準(zhǔn)調(diào)控，并可消除單用戶調(diào)節(jié)對其余用戶運行參數(shù)的影響。樓口精準(zhǔn)調(diào)控改造樓口精準(zhǔn)調(diào)控改造樓棟熱力入口安裝邊緣計算單元控制器、傳感器等設(shè)備，根據(jù)室外溫度和用戶室內(nèi)溫度自動調(diào)控樓棟熱力入口供熱量，實現(xiàn)對樓棟單元基于室溫的精準(zhǔn)調(diào)控。單元平衡調(diào)控改造單元平衡調(diào)控改造不具備接電條件的系統(tǒng)，每個樓棟熱力入口安裝平衡閥或噴射泵、傳感器等設(shè)備，手動調(diào)控樓棟熱力入口供熱量，實現(xiàn)對樓棟單元基于室溫的調(diào)控。02智慧供熱發(fā)展歷程0303智慧供熱改造技術(shù)路線04改造效果經(jīng)濟效益2024年實施智慧供熱改造約2750萬平方米，2024年實施智慧供熱改造約2750萬平方米，其中1798萬平方米項目僅開展智慧供熱改造，952萬平米項目同步實施老舊管網(wǎng)更新改造。2023年2418.2418.79萬㎡9座鍋爐房，219座熱力站。采暖季平均節(jié)熱率7.37%，節(jié)熱53.68萬GJ，減排二氧化碳3.39萬噸。6座鍋爐房、182座熱力站。采暖季平均節(jié)熱率6.39%，節(jié)熱31.19萬GJ，減排二氧化碳1.97萬噸。管理、安全效益通過多傳感器實時采集關(guān)鍵參數(shù)，結(jié)合機理模型與數(shù)據(jù)模型的動態(tài)預(yù)測能力，能夠?qū)崟r評估熱網(wǎng)運行狀態(tài)。如果出現(xiàn)異常波動，系統(tǒng)會通過預(yù)警機制及時發(fā)出告警，提醒運維人員采取措施。利用AI與大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，快速診斷故障原因，并給出處理建議。通過仿真與數(shù)字孿生技術(shù)，系統(tǒng)還可以模擬故障場景，評估不同的應(yīng)對措施,確保在緊急情況下快速做出正確的反應(yīng)，減少系統(tǒng)停機時間和損失。系統(tǒng)集成了從源到戶的全流程數(shù)據(jù)，管理人員通過統(tǒng)一的平臺監(jiān)控和管理供熱系統(tǒng)，提升了管理的透明度，還能幫助決策者實時掌握供熱運行的全貌，快速做出調(diào)度調(diào)整。 01加速轉(zhuǎn)型社會效益 01加速轉(zhuǎn)型提高北京市供熱系統(tǒng)數(shù)字化和智能化水平。提質(zhì)增效有效改善熱用戶室溫冷熱不均的現(xiàn)象，實現(xiàn)在低溫投訴率不上升的前提下，保證室溫均勻性和能耗降低，提升了約4500萬平方米、45萬戶居民的冬季用熱體驗。 03人才培養(yǎng)通過項目實施，培養(yǎng)了一批掌握國內(nèi)外供熱系統(tǒng)技術(shù)方案、熟悉供熱系統(tǒng)需求側(cè)響應(yīng)核心技術(shù)并具備按需精準(zhǔn)供熱技術(shù)工程實施經(jīng)驗的中青年專業(yè)骨干人員?？萍夹б婵萍夹б姹本崃ψ灾餮邪l(fā)的模型及算法可填補國內(nèi)在智慧供熱系統(tǒng)北京熱力自主研發(fā)的模型及算法可填補國內(nèi)在智慧供熱系統(tǒng)學(xué)術(shù)價值突出。積極參與編制智慧供熱設(shè)計、施工、驗收、運行等各環(huán)節(jié)相主編/參編標(biāo)準(zhǔn)類型標(biāo)準(zhǔn)名稱序號1國家標(biāo)準(zhǔn)城鎮(zhèn)供熱系統(tǒng)標(biāo)識編碼規(guī)則主編2行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)城鎮(zhèn)供熱直埋熱水管道泄漏監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)規(guī)程主編3地方標(biāo)準(zhǔn)供熱系統(tǒng)智能化改造技術(shù)規(guī)程第1部分：熱源、熱網(wǎng)和熱力站主編4地方標(biāo)準(zhǔn)供熱系統(tǒng)智能化數(shù)據(jù)采集及通信規(guī)范主編5團體標(biāo)準(zhǔn)智慧供熱技術(shù)條件及評價方法主編6團體標(biāo)準(zhǔn)供熱服務(wù)智慧系統(tǒng)技術(shù)條件主編7團體標(biāo)準(zhǔn)供熱營業(yè)收費系統(tǒng)技術(shù)條件主編8團體標(biāo)準(zhǔn)供熱二級網(wǎng)平衡調(diào)控技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)主編9國家標(biāo)準(zhǔn)智慧城市智能設(shè)施運行指標(biāo)體系參編行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)城鎮(zhèn)供熱工程智能化技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)參編地方標(biāo)準(zhǔn)供熱系統(tǒng)智能化改造技術(shù)規(guī)程第2部分：熱用戶參編地方標(biāo)準(zhǔn)供熱系統(tǒng)智能化改造技術(shù)規(guī)程第3部分：驗收與評估參編團體標(biāo)準(zhǔn)城鎮(zhèn)智慧供熱工程技術(shù)通則參編榮譽獎項基于數(shù)字孿生建模方法和信息物理融合的多源供熱系統(tǒng)運行態(tài)勢在線評估技術(shù)居于國際領(lǐng)先水平。2022年榮獲第四屆中國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大賽首屆國企數(shù)字場景創(chuàng)新專業(yè)賽生產(chǎn)運營類三等獎。2022年榮獲中國能源研究會能源創(chuàng)新獎技術(shù)創(chuàng)新獎三等獎2024年榮獲2024年度京能集團ESG優(yōu)智慧供熱發(fā)展歷程智慧供熱改造技術(shù)路線智慧供熱改造技術(shù)路線改造效果05未來展望未來展望u推進城市熱網(wǎng)調(diào)度體系與智慧供熱調(diào)控的深度融合，推動城市公共服務(wù)系統(tǒng)、建筑數(shù)據(jù)的互聯(lián)互通和服務(wù)的統(tǒng)一調(diào)度。民生服務(wù)公共管理城市治理工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺智慧供熱服務(wù)平臺工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺智慧供熱服務(wù)平臺069服務(wù)中心一網(wǎng)通管069服務(wù)中心