A科技园区智能热网综合监控系统的应用研究

第一章绪论

1.1论文的研究背景

随着社会的发展,国民经济的不断提高,人们对生活品质的要求也越来越高,对所处的生活环境也越来越重视,然而多年来,人们为了追求所谓的经济利益,不惜一切代价发展经济,已经造成了很严重的环境污染及能源浪费。虽然我国地域广阔,资源总量位居世界前列,但是人均能源占有量还不及世界人均水平的一半。且自二十世纪九十年代到二十一世纪初期,将近二千年的时间里,我国的能源消费量大幅度増长,并且出现需求大于供给的情况。

当前,我国仍然将煤作为主要的能源消费结构,但是随着非可再生能源的不断消耗及科学技术的不断发展,燃煤所占的比例正在逐年下降,其他能源如太阳能、风能、海洋能、生物质能等可再生能源的应用比例正在逐年上升。可以说,传统的能源结构正在发生改变,产生了各种适合于不同热源的供暖系统,合理的利用可再生能源己成为当前的主要研究趋势。

除此之外,我国占地面积广,有多种气候类型,根据各地区气候的特点共分为5种建筑热工设计气候区,每种气候分区对采暖和空调的要求都不一样,我国大部分地区都属于夏热冬冷地区,这种类型的地区对采暖和空调都有较长时间的要求。因此,为了满足人们对舒适性的要求,在冬季必须要对所居住的建筑环境进行供热采暖。

我国大多城镇地区都采用了集中供热的模式。集中供热又称为区域供热,它是将热源产生的热水或蒸汽通过管网向所有用户供应生活和生产用热的供热方式。大力发展集中供热可以有效地减少采暖锅炉的数量,有利于防治燃煤污染。这种模式具有能源利用率高、能够改善市容及降低大气污染等优点。然而当前的供热系统中大多采用"大流量、小温差"的运行模式,缺少有效的调控措施和手段,容易导致水力工况失调,造成能源的浪费。除此之外,还由于各区域的距离不同,水力工况不平衡,管网质量,换热设备等硬环境参差不齐,存在着供热效率低、供热不平衡、能量浪费、热网波动严重等问题。针对送一问题,本文需要对供热模式做进一步的研究与改造。

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1.2国内外发展现状

集中供热系统在各个国家的应用都比较广泛。世界各国根据当地的气候条件、科技水平、能源结构及经济因素等几个方面,实施了不同的适合国情的最佳供热方式。

1.2.1国外发展现状

集中供热水平都位居世界前列主要有丹麦、德国、日本、俄罗斯、美国等发达国家。其中北欧和日本等发达国家集中供热的主要热源为天然气、垃圾、油、热泵、生物能等。

丹麦凭借其具有发明新的能源技术方面的能力,成为国际能源市场上的佼佼者。在二千世纪初期,丹麦的第一家热电联产厂开始投入运行。它的热源来自生活垃圾的焚烧,通过焚烧向社区发电,发电产生的余热就会给附近的医院和居民楼供热。在这个系统的基础上,二十世纪三十年代中期的哥本哈根就建立起了一套统一的区域供热网络。到目前为止,丹麦60%的建筑的采暖都是通过区域供热完成的。

近年来,日本以东京为中心的关东地区供热供冷系统的发展迪速,能达到全国的60%。日本的集中供热供冷系统大多用于商务设施,仅有10%用来向居民住宅供暖和供冷,并且小规模居多。同时，，日本的供暧供冷系统将热电供给系统,蓄热糟以及城市废热等能源作为系统的热源提高能源利用率。

以节约能源和环境保护为目标,世界上许多国家都根据当地的地理位置、气候条件、能源特点、科技水平从及经济因素等凡个方面综合考虑,选出适合当地的最佳的供热模式。挪威根据其丰富的石油、电资源,主要采用集中供热式热水供暖和电采暖;丹麦具有丰富的水、电资源,主要采用电采暖;葡萄牙、意大利根据其气候条件的特点,一般采用空调供热;冰岛具有丰富的地热资源,其采暖方式主要为地热采暖;亚洲国家日本和韩国因为其夏季较热、冬季气温较暖,大多采用燃气供热

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第二章现有城镇供热系统存在问题

2.1缺乏管网基础数据

早期供热管网的建设缺少全局性的规划,在小区内自建锅炉房,管网随意建设,无规划,无设计图纸,建成后,由小区物业自己维护,没有管网的详细资料。采用集中供暖后,直接将新旧管网连接起来,并没有专门的机构管理,导致资料不全。

我国现有的供暖系统在自动控制方面,调节方式简单,不能从整体上按制供热系统,具有容易造成用户水力工况失调,不同供热区域冷热不均,供热品质难以保障等缺点,对于供热不足和过渡时期,调节手段并不完善。一些供暧系统未升级改造、设备系统比较陈旧的地区还通过手动调节的方式进行供热调校,这只能依靠操作人员的经验,无法系统地、科学地对供热系统的运行工况做出准确的分析和判断,甚至会造成运行工况的失调、用户冷热不均、热量的供需失调、供热效率低、能耗大,影响了供热效果。

现有的负荷预测都是建立在离线的状态,首先根据用户特性建立模型,然后进行离线升算,计算结果指导热网的运行,缺点是不能满足用户需求发生变化的情况,一旦用户发生变化,不能及时的调节,无法保持用户的用热品质。

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2.2数据传输滞后性大

本研究项目是一个由多系统组成的控制仿真系统。包括GIS系统,SCADA系统等多个系统,如何实现多个系统的数据交互使用是保证智能热网系统能否正常运行的重要前提。

传统热网通常是通过打电话的方式了解二级站的供、回水温度,流量等基本信息,无法进行实时监测,数据传输的滞后性也给热网的整体控制造成了困难。

热网系统数据管理靠人工的居多,虽然个别换热站实现了楼宇I动控制,但是主要针对二次侧,对一次侧调节缺乏管控。一个热源点为多个换热站提供热源,换热站数量达到几十个,每分钟采集一次,数据量大,人工管理耗时耗力,无法分析其用热规律,导致整网的协调控制从控制平台到控制策略基本为零。

由于国内的智能热网多处于研究阶段,大部分只是理论研巧,因此针对实施过程中遇到的问题研究的较少。

我国住宅的室温规定保持在18‘C以上,由于用户端无测温装置,无法对运行工况进行系统的分析判断,为了保证供热标准供热部门一般都采用超负荷供热或以"大流量、小湿差"的方式供热,导致热源点供热参数未能在最佳工况下运行。

同时,国家正在大力的倡导绿色建筑,而能耗指标是重要的一方面,能耗指标的理论计算只能是作为参考。只有通过实验得到数据才能进斤科学的评判依据。传统的按面积作为收费的方式无法计算能耗指标,按热量计费可以避免用户浪费能源的现象,得到的数据才能保证准确化最终准确计算建筑物的能耗指标。

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第三章智能热网的技术方案..............11

3.1智能热网的概述.............11

3.2数据采集与监控系统........13

第四章项目组织管理及效果分析..........43

4.1项目立项............43

4.1.1项目的目标与任务........43

第五章结论与展望............48

5.1结论...........48

第四章项目组织管理及效果分析

4.1项目立项

4.1.1项目的目标与任务

城镇供热系统普遍数字化程度低,缺乏有效监控手段,导致能源供应缺乏合理规划,集中运行调节模式不合理,能源浪费较严重,管理水平较低。热电厂、区域锅炉房、地源热系、太阳能等多种热源综合应用成为发展趋势,增加了系统运行、调度、管理的复杂性,因此开发城镇供热系统智能决策平台具有重大意义。

供热系统故障具有随机性、复杂性等特点,管网运行安全可靠性差,常出现泄漏、超压及堵塞等问题。目前尚缺乏针对供热系统智能控制的动态负荷计算方法,因此本项目制定如下"六个建立"的目标:

建立城镇供热系统专家库决策系统;建立基于GIS的城镇供热系统智能决策平台;建立城镇供热系统远趕视频监控及热力站无人值守智能控制系统;开发城镇供热系统动态负荷智能计算技术;建立供热管网运行安全智能监控平台;建立500万m2城镇供热智能决策平台示范工程。

为了实现上述六个目标,该项目的工作人员应该主要完成的任务为:分析动力及供热设备的静态及动态特性,建立动态和静态的数学模型、供热设备故障体系数学模型及能源评价系统,编制出维修决策软件、单热源静态和动态规划决策软件、多热源联合静态和动态规划决策软件,建立城镇供热系统专家库决策系统平台。分析项目需求,搭建硬件平台,开发地理空间信息与监测数据整合数据库;研发通讯技术,建立基于GIS系统的城镇供热系统智能决策平台。建立动态负荷汁算的数学模型,求取合适的基函数及其合适的求解方法,编制出适合于城镇供热系统的动态负荷汁算软件。

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第五章结论与展望

5.1结论

本文以北京A科技产业园区为例,研究智能管控运行平台对传统SCADA、性能仿真、优化调控功能的具体需求,研究将原属不同系统的功能整合成为智能优化管理和控制系统平台的基础方法,并结合工程应用探讨应用经验和面临问题。通过本文的研究,得出几个结论:

首先,本文对传统热网的问题进行了梳理,指出了现有热网的问题,基础数据不全,无法预测负荷,面对多热源无法智能调度。

其次,从梳理的问题着手,为了解决这些问题开发了一套区域能源控制系统,包括模型的建立,硬件的搭配,通讯的连接,在多方的支持下,完成了项目的建设。

本课题的研究能够有效为该行业提升综合技术水平奠定理论基础,为行业后续向智能热网发展奠定技术基础,帮助该行业提升整体技术水平进一步提升管理运营效率,产生明显的经济效益和社会效益。

参考文献（略）