大唐青岛西海岸热力创新与实践物联网、大数据等技术赋能下数字经济时代智慧供热

摘要：为响应国家建设数字中国和发展数字经济的号召，大唐青岛西海岸热力公司联合高校开展智慧供热试点研究，旨在解决供热行业普遍存在的问题，如供热调节不及时、热量供需不匹配和用户终端热量分配不平衡等。通过智慧供热技术，公司期望实现换热站自动调节、热量供需匹配和用户间热量精准平衡。

为贯彻落实党中央国务院和国资委建设数字中国、发展数字经济，加快产业数字化、智能化转型决策部署，按照集团公司和省公司打造数字智慧世界一流能源供应商的愿景规划，青岛西海岸热力公司结合供热行业特点，联合高校开展“产学研”智慧供热试点研究，探索智慧供热技术路线，初步取得了人工智能运行、降低热量水耗、提升供热质量的效果。

2024年工作会议上，公司提出将“科技赋能智慧供热攻坚行动”作为公司管理提升九大攻坚项目之一，以此解决供热行业普遍存在的问题，即供热调节不及时、热量供需不匹配、用户终端热量分配不平衡等矛盾。为此，公司在实现物联网、大数据等技术赋能下数字经济时代智慧供热项目进入研究实施阶段。

据了解，大唐青岛西海岸热力公司所辖93座换热站，挂网面积约896.3万㎡，运营年限数年至20余年不等，现状存在多项问题：一是对供热系统的调节不具有及时性。由于供暖效果的指标是室内温度，而从热源厂到换热站、换热站到用户端输送热量，以及用户端消耗热量来维持室温需要大量的时间，普遍存在较大惯性和滞后性。二是对换热站热量供给无法与需求匹配。现状仅根据室外温度和经验进行粗调节，未考虑日照、风力、湿度等参数的影响，总体上能耗（包括热耗、电耗）供给大于需求，造成运营成本偏高。三是对单元间、户间水力失衡情况无有效的调节手段。在单元端，管网远近端楼座水力难以平衡；在户端，不同类型的用户（顶户、底户、中间户、孤岛户等）对热量需求的差异化难以实现，导致不同户端室内温度冷热不均、体感舒适度不佳。

智慧供热的目标：实现换热站全天候自动调节而无需人工干预，节省人力；实现用户需求端与换热站供给端热量的匹配，杜绝热量浪费，节省能耗；实现不同用户间热量的精准平衡，达到室温基本一致，提升整体供热质量。

依托中国石油大学建立的供热模型平台，一是在天气方面，在小区内设立气象站，采集温度、日照、风速、风向、湿度等参数，建立气候补偿模型；二是在用户结构方面，对楼座的围护结构及面积、朝向、用户四邻用热情况等进行分析统计，建立暖通模型；三是在用户供热效果方面，主要对户端热耗、室内温度进行收集，结合换热站参数调节，建立工控模型。经过对算法的训练，将各项参数导入模型后，平台即可实时自动给出对每一个用户热负荷需求的预测。

换热站参数设置主要包括总体的“质调”（供水温度）与“量调”（供水流量）。通过在换热站内设置的服务器，自外网采集到天气、室温数据，自内网采集到换热站当前运行参数，实时传递到智慧供热平台。平台根据模型预测情况和调整逻辑，批量下发控制指令，自动选择最优的“质调”、“量调”策略进行换热站参数设置。经过以上两步，可实现热量总供给与总需求平衡。

针对需求端（户端）水力不平衡的问题，采用单元端电调阀（多层建筑）、户端电调阀（高层建筑）等手段，根据需热量预测结果及换热站运行参数，动态调整阀门开度，实现户端水力自动平衡。经过以上步骤，既能避免热量超供的浪费，又能将所需热量平衡分配给供热不足的用户，最终控制各个用户室内温度均衡、舒适，实现社会、经济效益双提升。

为有效应对当前网络安全面临的严峻威胁与挑战，公司严格按照上级主管部门的要求，按照“同步规划、同步实施、同步运行”的原则，统筹考量工控区、管理数据区、互联网区数据融合、信息交互问题；顶层设计、超前谋划，新建软硬件设备、系统平台全部满足自主可控国产化要求的原则，避免重复投资，重复建设；重点做好生产工控系统安全防护工作，不同安全区进行单向物理隔离，采用数据加密验证等算法保证数据传输的安全性。

热量供给与消耗的匹配。供热的最终目的是为了维持用户室温舒适、稳定。热用户自管网系统获得热量后，温度高于环境，则会对外散热。当在舒适室温下，维持热量供给与消耗平衡，就会保证室温稳定。

热量传递的三种方式。热量传递包括热传导、热对流、热辐射三种方式。其中热传导和热对流传热速度与温差成正比，而热辐射传热速度与温差的关系是指数型。

控制离散度即可降低能耗。假设有平均室温相同的两个系统，离散度一小一大。这两个系统因热传导和热对流传热方式对外散热量一致，可不考虑。而离散度小的系统，通过热辐射向外散热速度会明显低于后者，则其消耗的总热量也会明显低于后者。这解释了不降低平均供热效果而能够节能的问题。

目前国内智慧供热均处于起步阶段，未形成完整成熟的技术方案。从客观因素上讲，智慧供热实施方案又受各地市供热及政府补贴的政策不一致、气候特点不同、建筑类型多样等诸多差异化影响，跨低区案例的参考意义相对较小。从技术层面上讲，从需求端的准确预测、到换热站到单元乃至户端全面控制的全过程智慧供热案例少之又少，更增加了调研和实施的难度。目前落地的试点研究仅包括换热站的数据采集和户端的手动调控、室温与舆情数量的关系等。

在推进过程中的创新与实践

为认真贯彻落实党的二十届三中全会精神,按照山东省公司党委工作部署,热力公司开始进行智慧供热项目的研究与探索。2024年夏季，通过对137座换热站从供热面积、入住率、水电热耗指标、不热工单和投诉数量等多维度的对比分析，筛选了3个不同年代的小区拟进行智慧供热改造试点，以进一步验证技术路线、进行设备定型和实施效果。在2024-2025供暖季结束后，公司将在生产指标、经济效益、社会效益等全维度与未实施智慧供热改造的小区进行对比，为智慧供热平台的推广建设奠定基础。

与高校联合落实具体技术细节和设备选型。2024年4月，热力公司组织生产人员、石油大学智慧供热课题研究组，进一步确认了换热站层面的智慧供热技术细节，明确了户端、单元端阀门选型、室内温度采集仪及通讯方式，换热站智慧供热组建本地平台，建立数控模型，纳入公司网络安全管控范围，实施国产自主可控。

编制完成了智慧供热实施方案。从技术方案、预算造价、实施方案和项目收益进行了测算和论证，基本具备了我公司智慧供热的实施条件。下一步，按照相关规范和流程，进行项目立项和采购。

智慧供热主要工作是选取合适小区、确定技术路线和实施方案、组织招投标确定实施单位，现场实施改造、调试等。

主要考虑因素包括：换热站及管网设备健康水平较好；入住率及面积适中（约5-10万平米）；在热耗、电耗高于公司平均值的情况下，工单和舆情比例反而较高；管网平衡调整难度大，前端过热末端不热现象明显；管道井内空间开阔利于安装等因素。通过详细分析筛选，计划在海德公园、红卫、情谊福苑3个小区实施智慧供热改造。

技术路线实施方案：建设“基于末端精准预测及按需分配的智慧供热运营系统”，旨在建设一套从换热站到用户终端的综合节能体系和解决方案，提升用户满意度，实现供热节能减排、智慧运营。

建立静态建筑热响应模型，主要包括实地逐个楼宇采集建筑状态及位置和特性、保温条件、户间传热等信息，其中户间传热是重要影响因素，按照用户的居间位置和特性，设置和定义64类用户分类，利用石油大学研究成果建立暖通需求模型，并按照30%比例按照户内温度采集器。

实现热负荷精确预测，对用户端的热负荷进行精准预测，是实现按需分配、精准供热的关键。通过短期预测与长期预测相结合模式，每个小区建立智能气象站实时采集温度、湿度、光照、风向风速等11种气象信息实现短期预测，通过购买气象局网格气象信息实现长期预测。

换热站实现控制联动，对换热站进行二网热表加装，对换热站控制系统进行控制逻辑和网络改造并加装相应网络安全隔离设备，实现换热站自动选择最优的“质调”、“量调”策略进行自动参数调整。

用户侧平衡改造，采取户端平衡调节方式，每户加装无线电动智能流量分配阀，根据建筑热负荷的精准预测，实现对末端用户的优化计算和定值控制，确定每个用户的“实际流量（热量）需求”，进行定量准确分配，保持动态恒定，不受管网波动影响。进行动态平衡，恒流量控制，实现用户室内恒温运行，并对最不利端进行重点监控，提高用户舒适度，降低供热投诉率。

建设智慧供热平台，通过对3个小区相关全网数据整合（换热站数据、气象数据、室内数据、热表数据等），运用大数据分析、机器学习算法，对历史数据和实时数据进行深度挖掘，识别水力失衡现象，预测热负荷变化趋势；根据分析结果，对户端（单元）实现按需分配，“一键平衡”，利用智能算法生成6种动态调节策略（阀门开度控制、单位面积流量控制、回水温度控制、供回水温差控制、室内温度控制、单位面积热负荷控），通过云端指令远程调控换热站和智能平衡阀，实现二网实时平衡；实现各类数据统计和分析功能。实时监控二网运行状态，提供可视化界面展示，设置阈值触发预警通知，支持故障诊断与远程故障排除。

确保通讯网络安全，严格按照上级主管部门的要求，按照“同步规划、同步实施、同步运行”的原则，统筹考量工控区、管理数据区、互联网区数据融合、信息交互问题；顶层设计、超前谋划，新建软硬件设备、系统平台全部满足自主可控国产化要求的原则，避免重复投资，重复建设；重点做好生产工控系统安全防护工作，不同安全区进行单向物理隔离，采用数据加密验证等算法保证数据传输的安全性。

供应商售后服务：免费负责项目实施两年内智慧供热相关的设备调试及运行，实时对设备运行及效果进行监控调整、对项目运行过程中产生的舆情配合公司进行第一时间处理，两年后全生命周期负责技术支持及指导。成立专门的智慧供热运维团队，非供热期间负责对阀门、室温采集器、服务器、气象站等配套设备进行维护保养，对换热站运维人员免费进行技术培训，提高一线运维人员整体技术能力。

据悉，大唐青岛西海岸热力公司通过智慧供热项目技术的试点和实施，取得了显著的节能和室温均衡效果。未来，随着技术的不断成熟和推广，智慧供热有望成为解决供热行业问题的重要手段，为热力公司降低供热成本、提高社会效益和推动产业数字化、智能化转型做出积极贡献。（梁宇飞）