供热系统能源管控中心
一、产品特点与节能原理
1. 技术概述
供热系统能源管控中心 （Heating systerm energy management &Control center）是指采用自动化、信息化技术和集中管理模式建立的管控一体化的系统性能源管控系统，对企业能源系统的生产、输配和消耗环节实施集中扁平化的动态监控和数字化管理。在实现节能目标管理、能效对标管理、节能机会识别、能源计量和统计、能效分析、改进和优化能源平衡、进行能源规划的同时，还能够有效的支撑企业实施节能技术改造、可再生能源替代等。
2. 关键技术
关键技术 1：基于模型预测的供热系统运行调度策略实时优化
通过建立能够模拟真实供热系统运行状态的仿真模型，采用实时优化方法预测分析供热系统的优化调度策略，解决 PID 反馈控制在复杂波动工况条件下容易引发供热系统水力失调的问题。实时调度优化及预测控制的被控参数（模型输出）主要包括：首站供水温度、首站循环水流量、一级网中各换热站的流量分配等；执行机构为一级网中的循环泵、增压泵和电动阀；优化调节量（模型输入）为执行机构的可调运行参数，即泵的工作频率和电动阀的开度。通过热网系统模型，每给定一模型输入即可预测出相应的模型输出，在此基础上采用优化算法搜索出最理想的调节策略。在仿真模型具有较好精度的前提下，该调节策略作用于真实热网将得到与模型输出相一致的热网运行状态，从而可实现热网系统的优化调节。
关键技术 2：热力生产过程大数据智能分析及故障诊断
基于 SCADA 系统和数据库技术，在城市热力生产过程中能够获得并存储海量的实时监测数据及历史数据，源网协同建模仿真提供了一种将 SCADA 系统获得的“实测值”与在线仿真系统获得的“理论值”进行对比判别的大数据分析利用方法，当两者发生超阈值偏差时，可触发报警逻辑。
关键技术 3：热源及热网协同优化运行评价量化指标体系
面对大型城市庞大、复杂的供热系统，针对各热源厂、各换热站的具体情况制定科学合理的生产技术评价量化指标体系并开展对标管理能够明显提升供热企业的生产管理水平。基于源网协 同建模仿真，可预测分析不同运行工况下的热源侧的天然气消耗、排烟损失、辅机电耗等关键技术指标，网侧的热耗、电耗、水耗等关键技术指标，通过与实际运行考核数据的对比，可以实现对各热源厂、换热站的生产管理水平进行科学评价。
3. 创新内容
创新点 1：基于结构机理建模结合运行数据辨识修正的热源厂锅炉集群性能仿真
本课题提出基于锅炉制造企业完成锅炉性能设计的建模仿真技术，建立热源厂热力系统及锅炉集群的机理模型，进而实现热源厂整体性能仿真及运行优化。同时，需要结合实际运行数据对锅炉差异性 能进行辨识，自适应修正机理模型以保证仿真精度。
创新点 2：供热系统全过程高精度仿真建模及在线仿真算法
建立城市供热系统热源、一级网、热力站的全过程仿真模型。其中，热源侧细化到锅炉集群模型或换热器模型，热网侧细化到管道结构尺寸、弯头及阀门位置、保温层材料及厚度等，热力站细化到板式换热器模型并对二级网进行基于运行数据的辨识建模。基于所建立的供热系统模型，结合实际运行数据对一级网侧的阻力特性及保温特性进行辨识修正，以提高仿真计算的精度。
能管中心研究提出的热网的建模与仿真方法需要能够支持数千万平方米乃至 2-3 亿平方米的特大型复杂拓扑热网的在线仿真计算需求，需要突破特大型热网全网热工水力计算模拟的快速求解算法，与 SCADA 系统对接实现全网流动状态的软测量和在线分析。
创新点 3：基于源网协同建模的多热源调度方案寻优
热力集团能管中心提出建立“热源-热网-需求侧”全过程协同仿真模型，能够面向特定优化目标，采用智能优化算法和高性能并行计算集群对供热系统内各热源的运行参数、负荷分配进行寻优，在系 统工程层面上为供热系统生产调度提供决策依据。
创新点 4：基于大规模并行计算架构的调度策略实时优化计算方法
供热系统热源及热网的性能仿真计算都是十分复杂的过程，完成单次仿真计算就需要数十秒到数分钟的时间，而如果需要在有限的时间内对大量方案进行仿真并比较择优，就必然需要采用并行计算架构，同时，智能优化算法也至关重要，良好的优化算法可以采用相对较少的计算次数就找到相对较优的解。
创新点 5：供热生产运行过程大数据的分析、评价、利用方法
城市供热系统运行过程中会产生大量随运行条件波动的运行监测数据，如何分析、评价和利用这些大数据并产生业务增值是重要研究问题。供热系统的建模与仿真一方面可以实现对供热系统的软测量，能够弥补运行监测数据中的部分缺失信息，另一方面也提供了与测量值相对照的“预测值”为故障诊断提供了技术途径。
4. 产品应用可行性
市场分析
《信息化专项规划》中指出：要积极推动企业信息化，提高经营效率和管理水平，积极推动应用信息技术对高能耗、高功耗和高污染行业的改造。供热企业是城市公用基础设施，是城市现代化功能的重要组成部分。供热企业在社会信息化的大环境中，信息技术必然给供热企业在生产、经营、管理等方面带来深层次的变革。供热企业信息化是企业自身发展的必然选择。供热企业信息化不仅有利于企业自身的发展而且有利于城市的信息化。能耗管理及分析系统是供热企业能源管理不可或缺的一部分，因此供热企业能耗管理及分析系统有助于供热企业信息化建设。
竞争实力分析
该系统的建设和投产后的竞争实力分析如下：
（1）技术方面：技术采用了业界先进的技术体系和架构，技术先进性方面保持未来 5 年的领先。
（2）用户体验：系统采用客户端方式的 B/S 建设方式，在 UI 和UE 方面保持了良好的用户体验。
（3）业务方面：拥有能耗管理及分析系统各个业务领域的专家团，从系统实用性、业务符合度、业务分析模块来说，系统达到业界领先水平。
知识产权分析
拥有独立自主的知识产权。
可维护性分析
系统采用 SOA 的设计理念和业务单元模型驱动设计方式，方便以后能耗管理及分析系统业务的扩展和维护。系统采用分层架构和构件化设计，因此系统无论从业务还是技术方面可维护性非常高。
5. 产品适用范围与目标客户
供热系统能源管控中心主要是针对热力行业进行开发，适用于：供热企业的监督、协调与能源介质生产、供应和管控；供热企业协调制定能源生产计划及作业计划；供热系统的热源和热力站能源数据采集并建模仿真分析供热系统的源、网、站、线、户的全能源调度、决策与管理；人工干预供热系统的能源生产及消耗。通过能源管控中心最终达到节能减排的目的。
同时，供热系统能源管控中心可在钢铁、电力、冶金、石化、水泥等对能源消耗采集、分析、能源建模仿真及数据应用具有强烈需求的重点用能行业广泛应用。
二、应用后的经济效益、社会效益分析
1. 经济效益分析
供热系统能源管控中心在性能和生产成本、销售价格方面能充分体现其价值，我们不但创新产品，提供产品的多样化，提升产品的品质，我们还会通过不断提高服务和水准、增值服务，缩小与国内外领先的同类产品或服务的差距。未来 3-5 年能源管控中心拟在京津冀供热领域市场全面铺开，预期经济效益不低于 2 个亿。
2. 社会效益分析
近年来，随着我国经济社会的发展，政府对节能管理工作的要求也越来越高，提出要通过信息化手段实现节能管理科学化和规范化，努力加强节能管理工作的能力建设。近两年，又提出并实施节能减排综合性工作方案，建立了节能减排指标体系、监测体系、考核体系和目标责任制。节能减排工作几乎渗透于我国经济活动的所有领域，也正在开启全新的需求空间。
节能是一个全社会的系统工程，需要细致的解决方案，更需要先进的实现手段，实施能源在线监测及智能化控制是实现节能降耗的重要措施。进一步加强重点用能单位的能源计量，建立和完善能源计量管理制度，加强能源统计监测，夯实节能工作基础，积极推进信息化建设，整合现有信息资源，建立能源管控中心，实现对重点耗能单位的监测，对于减少能源消耗、保护环境、降低成本、增加效益具有十分重要的意义。
实施能源管控中心建设项目，有利于推进“节约能源”这项基本国策的贯彻和落实，发挥重点用能单位在节能工作中的导向作用，对全社会节能工作将产生巨大的推动作用和辐射作用，是推动构建资源节约型、环境友好型社会的有效途径。
实施能源管控中心建设项目，不仅节约了资源，而且有利于改善重点用能单位的办公工作环境，为提高重点用能单位用能设备的运行效率创造了良好的客观条件。
三、 案例介绍及用户评价
1. 热力集团能源管控中心项目主要是针对北京热力集团分布在北京市城六区的 5000 多个换热站及 100 多个热源的水、电、气、热能耗数据进行统计分析。它的建设是一个持续的过程，能源管控建设不仅仅包括体系制度的建设与完善，还包括信息系统建设与升级和网络通讯设备建设和升级。
项目实施之前，北京热力集团能源管控领域无直接信息化系统，在热力集团供热生产领域的信息化系统主要是实现了热源和重点站的调度与监控。只对生产数据信息进行了采集和分析，远远无法满足能源管控的需要，只能作为能源管控的数据输入。
热力集团能源管控中心建设项目实施中在 IT 基础设施方面投入了服务器、网络设备、虚拟化存储设备。对热力集团能源系统的生产、输配和消耗环节实施集中扁平化的动态监控和数字化管理，改进和优化能源平衡，实现系统性节能降耗的管控一体化，提高能源利用效率，减少能源消耗，降低能源成本。
供热企业建设能管中心，改变了传统供热管理体制和运行机制，形成精细化管理模式，实现到位管理和长效管理，进而使供热企业的能源管理纳入标准化、智能化、科学化轨道。热力集团能源管控中心于 2016 年 11 月 1 日投入运行。
2、天津大港油田供热公司能源管控中心项目主要是针对大港油田供热公司 33 个热力站近 500 万供热面积的水、电、气、热能耗数据进行统计分析，系统于 2018 年 10 月投入运行。
