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2021年1月18日 星期    返回版面目录

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智能科技推动低碳供暖

来源:中国纪检监察报  作者:王雅慧

为应对罕见低温天气,山东省济南能源集团供热企业利用“智慧供热”系统24小时对辖区供热情况进行监控,保障居民安全温暖过冬。图为1月6日,济南能源集团所属济南热电腊山分公司工作人员通过“智慧供热”系统对辖区供热和供热设备运行等情况进行监控。

新华社记者 王凯 摄
江苏省常州市供热企业通过提取污水处理厂内中水中所蕴含的热量,在部分小区试点集中供暖。图为当地供热能源站内景。(资料图片)

“断崖式降温”“寒潮预警”“近40年来最冷天气”……入冬以来,全国经历了大范围降温,寒潮频频来袭,让这个冬天相较往年格外寒冷。前几天,北京市气温跌至零下十九摄氏度,但位于北京市顶秀金石家园小区的潘女士家却没有出现往年室温忽热忽冷的情况,这得益于小区新装了智能热网控制系统。忽冷忽热、冷热不均、无法自主调温、效率低、能耗高、碳排放量大……这些都是北方城市供热中长期存在的问题。笔者从北京市热力集团了解到,这个供暖季,为了解决这些难题,集团首次在集中供热领域规模化应用了5G物联网技术及北斗精确定位系统,并在部分小区供热中试点了人工智能技术,为城市“热网”升级赋能。

在今冬这场寒潮中,很多南方地区也有迫切的采暖需求。在高质量发展要求减少碳排放量的形势下,一些供热企业通过技术创新,开始试点工业余热、生物质等可循环的低碳采暖方式,探索南方供暖的多元可能。

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中水供暖,每年可减少二氧化碳排放约8万吨

山西太原,一座典型的北方城市,每年的冬季供热期长达五个月。作为有名的“煤都”,过去这里供暖以燃煤为主,一到冬天,整个天都是雾蒙蒙的。2017年,太原市提出实行“以热电联产及工业余热为主,燃气调峰为辅,其他清洁能源为补充”的供热模式。在这里,世界上首个成功实施的大规模、长距离清洁供暖项目将70多公里外古交兴能电厂的乏汽余热引入市区,替换了传统燃煤锅炉。

我国供热能源结构长期以煤炭为主,对环境的污染不容小觑。在国家明确2030年前“碳达峰”和2060年前“碳中和”目标的背景下,供热领域势必需要向低碳节能转型。宁夏智慧供热技术创新中心主任王宁表示:“供热系统应该从以化石能源为主的低效、高碳能源结构转为高效、低碳的能源结构。提高生物质能、城市垃圾、地热能以及自然界低品位热量和工业余热资源回收利用效率,实现供热方式从集中式向分布式、分散式多元化发展,多能互补、协同,这应该是供热系统今后发展趋势和方向。”

去年年底,江苏省常州市高铁新城的居民欣喜地迎来了他们的首个“供暖季”。

“以前南方冬天屋里比屋外还冷,现在屋里能达到20摄氏度以上的气温。”“很暖和,而且比开空调舒服。”

让人意想不到的是,被居民连连夸赞的舒适室温不是来自燃煤也不是电网,而是长江边污水处理厂的中水。

中水也能供暖?“不仅能,整个项目全面建成后,每年还能减少二氧化碳排放约8万吨。”常州市中节能城市节能研究院有限公司新龙分公司技术人员介绍,这种供暖方式其实是提取水体中所储藏的太阳能作为热源,再通过技术手段将低温能源转换成高温能源用于供暖。利用后的中水会被送到生态林自然降解,能够有效减少中水直排带来的污染,还为南方地区低碳供暖提供了一个方案。

笔者了解到,中水等废水的余热是工业余热的一种。由于我国许多行业对热源的需求温度多集中在75到200摄氏度之间,导致低温余热被白白浪费。利用回收技术将原本被遗弃的工业余热利用起来,作为城市集中供热热源,是降低企业能耗、构建低碳能源结构的两全选择。中国工程院院士江亿对此表示:“屋内通常只需维持在20度左右,就可满足冬季采暖需求。因此我们常说供热是‘吃粗粮’,任何高于20度的热源均可使用。”

从余热资源的来源来看,高温烟气余热占比最高,约占50%。在锦州、沈阳等城市,通过大型吸收式热泵机组回收利用电厂冷却塔、烟气余热等,每年可减少燃煤消耗数十万吨。

在部分城市,落后的燃煤供热亟须淘汰,但城区却不具备新建其他热源的条件。这种情况下,像太原那样采用大温差长距离输热技术,便可将城市周边200公里半径内的火电厂余热引进来。

从河北省石家庄市到华能上安电厂,有着38公里的输热距离、180米的高程差。为了让电厂的废气余热安全、经济地到达市区,相关技术企业通过大温差技术,降低了运输过程中的热损失;运用多级泵站联调联控等技术,构建起长距离输热的智能管控和智慧供热信息服务系统平台,实现了对100摄氏度大温差、6级加压长输系统的稳定智能化控制。2020年,面对严寒天气,当地用大温差换热机组对原有的换热站进行了升级,让管网的输送能力再度提升了50%以上。

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智慧供热,针对用户真实室温进行精准调度

“没来北方之前,听说北方的冬天很冷。到了北方之后,发现屋里热到只能穿短袖……”这个在网络上流行的段子,侧面反映出北方传统供热模式中的一种现象:热源端只管统一供热,用户端的实际温度一概不知,有时太热,有时太冷;有的居民家冷到要穿棉衣御寒,有的居民家暖气却热得浑身冒汗。

之所以会出现这样的问题,在于传统的供热方式并不智能,供热方与用户方之间缺少实时交流,温度无法根据外界环境和室内温度按需调控。想要让室温更舒适,就要供热方能根据用户室内的实时温度来调节供热。

2020年11月7日,北京全市区域锅炉房统一点火试运行。在北京大兴中心城区部分小区居民家,挂在墙面上的一个白色小方盒的显示屏也开始亮起。这个电源开关大小的方盒是北京人工智能热网控制系统的“数据收集哨”——室温采集器。

这个冬天,北京热力集团在近60万平方米供热面积内试点推行了人工智能热网控制系统。采集器24小时不间断采集室内的温度、湿度信息,并将这些数据和室外气温、风力、风向、湿度、房屋朝向等因素一起进行大数据测算,最终得出适合各楼各户的供热温度,形成调节指令,自动下发给每个单元楼的供热端。

以人工智能热网控制系统为代表的“智慧供热”是建设智慧城市不可或缺的一部分。党的十九届五中全会提出,建设智慧能源系统。不少省区市也将“智慧供热”列为当地“十四五”规划的重要内容。

所谓“智慧供热”,是将物联网、大数据、人工智能等新兴技术引入集中供热,实现智能调控、精准供热、按需供热、平衡供热,提高资源配置效率。据北京热力集团供热技术研究与发展中心副主任李仲博介绍,系统通过人工智能技术学习建筑物热属性、用热习惯和热力站热属性,为控制建筑楼宇与热力站自动生成精密的热动力数学模型;利用云计算技术分析处理天气预报综合数据、用户室内温度实时数据和热力站的运行参数等数据,计算出当下基于数学模型的最优供热参数。系统还具有预测功能,可以依据集团给定的供热目标优先级与未来气候变化等信息预测分析未来48小时内可能发生的各种场景,并规划出最优控制方案。

除北京外,河北、山东、黑龙江等北方省份也纷纷试点运行了智慧供热系统。走进山东省菏泽永恒热力有限公司的调度大厅,大屏幕上不间断地跳动着场站环境监测、各小区温度、换热站运行状态等城区供热动态数据,不同色块标示着不同的数值和区域。

工作人员介绍,通过室温采集装置和后台系统,供热方不仅能够及时根据用户家中的真实温度精准调度热源,还可以在发现故障后第一时间就近“智慧派单”,快速地派出维修人员进行检修,从而实现了更多热力站的无人值守,提高了供热的应急保障能力。

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5G+北斗,厘米级卫星定位保障“城市生命线”

5G技术和新基建的发展,让供热系统再次升级。今冬北京热力集团首次运用5G物联网技术,进一步提升热网科学管控和精细化调度水平。

北京热力集团供热生产部经理王嘉明介绍,5G物联网技术主要运用在对用户室内测温设备数据传输以及热力管线测温设备数据传输上。“入冬以来,北京热力集团已在1万户居民家中试点安装了5G智能测温盒,每小时自动测温一次。室温数据会传输到智慧热网平台。工作人员打开手机APP,随时随地查看用户家中温度,及时调整热力站供热指数。”

“5G智能测温盒与普通测温盒有什么不同?”

王嘉明作了进一步解释:“5G物联网技术具备高速率、低延时、大覆盖的特性。在没有运用5G网络之前,设备进行数据上传普遍使用无线网络或者进行自组网。若周边没有无线网络,设备将无法上传数据。而自组网的安装成本相对较高,连接的设备数量有限。两者都无法满足大量设备的数据传输需求。在‘万物互联’时代,通过使用5G网络能够将大量的设备数据进行互联互通,并能同时满足数据传输的稳定性和高速率性,这种方式远优于过去的传输模式。未来5G智能测温盒将在更多居民家中推广。”

供热管网是城市的生命线,安全问题意义重大。在今冬供暖开始前,北京市热力集团工作人员苏磊通过APP和北斗定位移动站对四中站的供热管线进行了巡检。

一个白色的扁圆形盒子,下接一条长长的细杆,北斗定位移动站的外形像一个特大号的大头针。苏磊手持着盒子这端,将另一端点到管道的一个点上,就能准确测量点位的坐标和高程。苏磊说,以前巡检主要靠人工,由于热网与其他管道、线缆纵横交错,一旦出现故障,想要找到精准的位置并不容易。就像大家有时候会看到相关单位不得不对路面进行大范围“开膛破肚”,工程量很大。

不过,这种困境随着北斗导航系统开始应用于更多民用领域而一去不复返。自去年起,北京供热领域规模化应用了高精度北斗卫星定位系统,通过卫星信号来定位和测高,实现了对地下热力管网的智能巡检、智能管线测量、智能泄漏检测。这一系统能够准确锁定管线中需要检修的部位,避免外力破坏,定位精度可达到厘米级。

“在集团的地理信息系统中,所有地下管网、换热站等关键设备的位置和其他属性信息均会实时更新,哪里出现问题,系统会自动报警。”李仲博介绍。(王雅慧)

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