姜华
华润智慧能源有限公司
摘要：集中供热是一种以规模化方式统筹生产和利用热水或蒸汽的用能方式。针对我国北方高人口密度的城市场景，集中供热具有显著的系统节能效益。伴随我国城镇化进程的不断推进，集中供热的规模日益扩大。2019年年底，我国居民集中供热面积已突破130亿m2。在我国能源生产与消费革命战略的指导下，如何实现供热系统的“清洁低碳、安全高效”转型升级，成为当前能源行业高度关注的问题。
关键词：智慧供热；技术路线；数字孪生；清洁能源；可再生能源
引言
大力推广绿色低碳能源是我国的能源发展战略。目前，我国城市集中供暖系统是燃煤大户，也是空气污染的主要来源之一，因此，在城市集中供热系统中推广应用绿色低碳能源是解决空气污染问题的重要举措。随着核反应堆安全技术的发展，核能作为清洁、高效的新能源，在集中供热方面的应用具有独特的优越性，成熟的核供热反应堆技术应用潜力巨大。本文从发展核能集中供热系统的必要性、核供热堆的安全性、核能供热的经济性和社会价值以及与其他技术相结合进一步提升核能集中供热系统性能的可能性等方面，综合分析核能集中供热系统的优越性，旨在为核能集中供热技术在我国的推广提供支持。
1基于“数字孪生”的智慧供热技术架构
基于“数字孪生”的智慧供热系统技术架构。具体由物理设备层、感知调控层、数据传输层和智慧决策层4层架构组成，涉及供热系统物理设备的配置与连接，系统状态的实时测量与数据传输，“数字孪生”模型的建立与迭代更新，以及基于“数字孪生”模型的智慧分析、决策和运营管理。其中，智慧决策层中的供热系统“数字孪生”模型是智慧供热技术架构的核心。基于机理建模方法建立初步模型，进而利用供热系统测量数据对该模型进行修正和迭代，建立完备的“数字孪生”模型。在“数字孪生”模型的基础上，结合实时测量数据和软测量技术实现系统全面态势感知，并结合预测数据获知预测供热系统未来状态。基于“数字孪生”模型实现物理设备全面周期管理，实时评估设备健康状态，实现预测性维护，减少系统故障的发生。同时，基于“数字孪生”模型制定并预演各项控制策略，获得最优控制策略，提升供热系统运行水平。
2供热系统水力失调的状况及产生的原因
对供热系统水力失调的原因进行分析，主要有以下5个方面：①因富余压头所导致的流量分配不平衡，进而产生了水力失调；②在选取循环水泵时，选型不当而导致运行时偏离于设计值，进而形成水力失调；③在运行当中的实际热负荷跟原本所设计的热负荷不相符，超出或是小于设计时的热负荷，进而导致了水力失调；④由于系统有高程差，或者是高层居民与低层居民间存在有高程差，构成了垂直水力失调；⑤由于在运行期间系统流量存在变化，如在某分支设有电动调节设施、对温度实施调控，故而在室外温偏低时阀门则会开大，当室外温过高时阀门则会关小，这就会对另一部分未装置调节设施的用户造成水力平衡，进而导致动态水力失调。另外，由于供电局、电厂小区居民室内和室外供暖系统自建成起未做过改造，室内采暖系统自建成时就未分户系统，因此，室外供热管网支、干路没有设置必要的调节和控制装置，部分管线腐蚀严重，阀门失灵、控制和衔接不完善等问题已经非常突出，每年的运行维修费用较高。而且由于管道敷设时间较长，已运行十多年，管道、管件阀门的腐蚀比较严重，时有漏点产生，管道保温层和保护层损坏也比较严重。
3基于“数字孪生”的智慧供热技术
3.1热企业信息化建设的基本方针
供热企业的信息化建设是一个全方位的总体规划，不仅包括对网络技术、相关设备的使用，同时也应该加强对企业内部相关网络技术人员的技术培训，做到软硬件设备以及人才共同发展的目的。因此在进行建设方针的设计时，首先应该做好软硬件设施的建设，通过选择合适的网络设备，构建出完善的网络系统，其中要让子系统与主系统相融合，做到每个子系统都能够在主系统中找到对应的接口，由多个子系统共同辅助主系统进行运作，达到高效的办公水平；其次就是要对企业内部的技术人才的培养，网络系统的运作需要具备专业操作能力的技术人员来进行操控，这样才能够发挥出网络系统的实际功能，因此企业的相关管理者要重视起这方面人才的培养工作，制定相关的人才培训计划。除了从内部进行自我培养的方式以外，还可以尝试在外部引进相关的网络技术人才，需要注意的是这类人才可能具备足够的网络系统的操作能力，但是对供热企业的运作内容以及相关的业务较差，因此让这批人才投入到实际工作中之前要让其熟悉企业的运作流程以及相关的业务要求。
3.2应用热泵技术
吸收式热泵原理以机组的抽汽作为动力，回收循环水余热（低品质），用于热网水升温。该方式下的高品质热量包括利用的抽汽热量以及回收的循环水余热。热泵技术的优点是运行方式简单灵活，适用于温度需求不高的大流量供水，在生活采暖方面有较明显的经济收益。另外，部分循环水还能够进入冷却塔冷却，不需以热定电运行，对机组出力影响小，增加了一个热源点，对供热安全性有一定提升。其缺点是需新建厂房，占地面积较大，投资较大。
3.3热源与热风的调节
水力与热力的平衡存在差异，一级网的水力平衡实现了以各热力站供热面积的大小来配置一级网的循环水量，此形式仅适于当全部换热器均合理又保证系数全然同等的状况下，方能做到各热力的平衡。而此前提存在不可能性，主要原因有：①在建设最初就需将扩容这一问题考虑在内，通常换热器的功率是偏大的，以免发生功率不相匹配的状况；②当换热器运行一段时期之后，大多数会发生结垢等情况，并出现换热系统不相符状况；③二级网实际运行期间也会发生堵塞或短路状况。故此，在调节时需将热源、热网、换热站以及供热用户设置成统一体系，并运用多变量的复合方式来实施控制，将大大提高其稳定性与效果，不仅会考虑到换热站所存在的调节情况，还可以考虑到整个热网与热源方面总的变动状况，然后经调度中心做到统一的调节，以此完成整网的动态平衡调节，并最大限度保障运行的节能。实际的调控状况主要有如下两点。
3.4光轴改造技术
蒸汽经过中压缸后全部用于供热，而低压部分不存在叶片，只保留主轴。由于这根转子仅有主轴而没有叶片，因此称为“光轴”。光轴不但需要能很好地传递扭矩，还需具有合适的质量、刚度，才不会对原轴系力学特性产生较大的影响。机组在供暖期间以光轴方式工作，在非供暖期处于正常凝汽工况。光轴技术改造之后不存在低压转子叶片，蒸汽的焓值不会降低，供热效果明显提高。
结束语
面对城市集中供热系统规模扩大和多元化发展的新趋势和新挑战，传统基于人工经验的调度控制已难以实现精准调控，借助新一代信息技术发展智慧供热已经成为行业共识。“数字孪生”是物理系统与信息技术融合的重要应用形式，以数据和模型为基础，实现物理系统的智慧化运行管理。
参考文献
[1]郑振玉.供热通风与空调工程施工技术分析[J].建材与装饰,2018(52):38.
[2]袁俊,主动式太阳能采暖供热技术应用研究.甘肃省,甘肃自然能源研究所,2018-12-25.
[3]任秀芳,王巍,丁国臣.浅析信息技术在供热企业生产中的应用[J].智能城市,2018,4(23):128-129.
[4].中国智能供热制冷产业技术创新联盟[J].供热制冷,2018(11):66.
[5]张莉.供热调节技术在集中供热系统中的应用探析[J].山西建筑,2018,44(32):129-130.