為應(yīng)對罕見低溫天氣，山東省濟(jì)南能源集團(tuán)供熱企業(yè)利用“智慧供熱”系統(tǒng)24小時(shí)對轄區(qū)供熱情況進(jìn)行監(jiān)控，保障居民安全溫暖過冬。圖為1月6日，濟(jì)南能源集團(tuán)所屬濟(jì)南熱電臘山分公司工作人員通過“智慧供熱”系統(tǒng)對轄區(qū)供熱和供熱設(shè)備運(yùn)行等情況進(jìn)行監(jiān)控。新華社記者 王凱 攝

江蘇省常州市供熱企業(yè)通過提取污水處理廠內(nèi)中水中所蘊(yùn)含的熱量，在部分小區(qū)試點(diǎn)集中供暖。圖為當(dāng)?shù)毓崮茉凑緝?nèi)景。(資料圖片)

“斷崖式降溫”“寒潮預(yù)警”“近40年來最冷天氣”……入冬以來，全國經(jīng)歷了大范圍降溫，寒潮頻頻來襲，讓這個(gè)冬天相較往年格外寒冷。前幾天，北京市氣溫跌至零下十九攝氏度，但位于北京市頂秀金石家園小區(qū)的潘女士家卻沒有出現(xiàn)往年室溫忽熱忽冷的情況，這得益于小區(qū)新裝了智能熱網(wǎng)控制系統(tǒng)。忽冷忽熱、冷熱不均、無法自主調(diào)溫、效率低、能耗高、碳排放量大……這些都是北方城市供熱中長期存在的問題。筆者從北京市熱力集團(tuán)了解到，這個(gè)供暖季，為了解決這些難題，集團(tuán)首次在集中供熱領(lǐng)域規(guī)?；瘧?yīng)用了5G物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及北斗精確定位系統(tǒng)，并在部分小區(qū)供熱中試點(diǎn)了人工智能技術(shù)，為城市“熱網(wǎng)”升級賦能。

在今冬這場寒潮中，很多南方地區(qū)也有迫切的采暖需求。在高質(zhì)量發(fā)展要求減少碳排放量的形勢下，一些供熱企業(yè)通過技術(shù)創(chuàng)新，開始試點(diǎn)工業(yè)余熱、生物質(zhì)等可循環(huán)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，每年可減少二氧化碳排放約8萬噸

山西太原，一座典型的北方城市，每年的冬季供熱期長達(dá)五個(gè)月。作為有名的“煤都”，過去這里供暖以燃煤為主，一到冬天，整個(gè)天都是霧蒙蒙的。2017年，太原市提出實(shí)行“以熱電聯(lián)產(chǎn)及工業(yè)余熱為主，燃?xì)庹{(diào)峰為輔，其他清潔能源為補(bǔ)充”的供熱模式。在這里，世界上首個(gè)成功實(shí)施的大規(guī)模、長距離清潔供暖項(xiàng)目將70多公里外古交興能電廠的乏汽余熱引入市區(qū)，替換了傳統(tǒng)燃煤鍋爐。

我國供熱能源結(jié)構(gòu)長期以煤炭為主，對環(huán)境的污染不容小覷。在國家明確2030年前“碳達(dá)峰”和2060年前“碳中和”目標(biāo)的背景下，供熱領(lǐng)域勢必需要向低碳節(jié)能轉(zhuǎn)型。寧夏智慧供熱技術(shù)創(chuàng)新中心主任王寧表示：“供熱系統(tǒng)應(yīng)該從以化石能源為主的低效、高碳能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)為高效、低碳的能源結(jié)構(gòu)。提高生物質(zhì)能、城市垃圾、地?zé)崮芤约白匀唤绲推肺粺崃亢凸I(yè)余熱資源回收利用效率，實(shí)現(xiàn)供熱方式從集中式向分布式、分散式多元化發(fā)展，多能互補(bǔ)、協(xié)同，這應(yīng)該是供熱系統(tǒng)今后發(fā)展趨勢和方向。”

去年年底，江蘇省常州市高鐵新城的居民欣喜地迎來了他們的首個(gè)“供暖季”。

“以前南方冬天屋里比屋外還冷，現(xiàn)在屋里能達(dá)到20攝氏度以上的氣溫。”“很暖和，而且比開空調(diào)舒服。”

讓人意想不到的是，被居民連連夸贊的舒適室溫不是來自燃煤也不是電網(wǎng)，而是長江邊污水處理廠的中水。

中水也能供暖?“不僅能，整個(gè)項(xiàng)目全面建成后，每年還能減少二氧化碳排放約8萬噸。”常州市中節(jié)能城市節(jié)能研究院有限公司新龍分公司技術(shù)人員介紹，這種供暖方式其實(shí)是提取水體中所儲(chǔ)藏的太陽能作為熱源，再通過技術(shù)手段將低溫能源轉(zhuǎn)換成高溫能源用于供暖。利用后的中水會(huì)被送到生態(tài)林自然降解，能夠有效減少中水直排帶來的污染，還為南方地區(qū)低碳供暖提供了一個(gè)方案。

筆者了解到，中水等廢水的余熱是工業(yè)余熱的一種。由于我國許多行業(yè)對熱源的需求溫度多集中在75到200攝氏度之間，導(dǎo)致低溫余熱被白白浪費(fèi)。利用回收技術(shù)將原本被遺棄的工業(yè)余熱利用起來，作為城市集中供熱熱源，是降低企業(yè)能耗、構(gòu)建低碳能源結(jié)構(gòu)的兩全選擇。中國工程院院士江億對此表示：“屋內(nèi)通常只需維持在20度左右，就可滿足冬季采暖需求。因此我們常說供熱是‘吃粗糧’，任何高于20度的熱源均可使用。”

從余熱資源的來源來看，高溫?zé)煔庥酂嵴急茸罡?，約占50%。在錦州、沈陽等城市，通過大型吸收式熱泵機(jī)組回收利用電廠冷卻塔、煙氣余熱等，每年可減少燃煤消耗數(shù)十萬噸。

在部分城市，落后的燃煤供熱亟須淘汰，但城區(qū)卻不具備新建其他熱源的條件。這種情況下，像太原那樣采用大溫差長距離輸熱技術(shù)，便可將城市周邊200公里半徑內(nèi)的火電廠余熱引進(jìn)來。

從河北省石家莊市到華能上安電廠，有著38公里的輸熱距離、180米的高程差。為了讓電廠的廢氣余熱安全、經(jīng)濟(jì)地到達(dá)市區(qū)，相關(guān)技術(shù)企業(yè)通過大溫差技術(shù)，降低了運(yùn)輸過程中的熱損失;運(yùn)用多級泵站聯(lián)調(diào)聯(lián)控等技術(shù)，構(gòu)建起長距離輸熱的智能管控和智慧供熱信息服務(wù)系統(tǒng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了對100攝氏度大溫差、6級加壓長輸系統(tǒng)的穩(wěn)定智能化控制。2020年，面對嚴(yán)寒天氣，當(dāng)?shù)赜么鬁夭顡Q熱機(jī)組對原有的換熱站進(jìn)行了升級，讓管網(wǎng)的輸送能力再度提升了50%以上。

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智慧供熱，針對用戶真實(shí)室溫進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)度

“沒來北方之前，聽說北方的冬天很冷。到了北方之后，發(fā)現(xiàn)屋里熱到只能穿短袖……”這個(gè)在網(wǎng)絡(luò)上流行的段子，側(cè)面反映出北方傳統(tǒng)供熱模式中的一種現(xiàn)象：熱源端只管統(tǒng)一供熱，用戶端的實(shí)際溫度一概不知，有時(shí)太熱，有時(shí)太冷;有的居民家冷到要穿棉衣御寒，有的居民家暖氣卻熱得渾身冒汗。

之所以會(huì)出現(xiàn)這樣的問題，在于傳統(tǒng)的供熱方式并不智能，供熱方與用戶方之間缺少實(shí)時(shí)交流，溫度無法根據(jù)外界環(huán)境和室內(nèi)溫度按需調(diào)控。想要讓室溫更舒適，就要供熱方能根據(jù)用戶室內(nèi)的實(shí)時(shí)溫度來調(diào)節(jié)供熱。

2020年11月7日，北京全市區(qū)域鍋爐房統(tǒng)一點(diǎn)火試運(yùn)行。在北京大興中心城區(qū)部分小區(qū)居民家，掛在墻面上的一個(gè)白色小方盒的顯示屏也開始亮起。這個(gè)電源開關(guān)大小的方盒是北京人工智能熱網(wǎng)控制系統(tǒng)的“數(shù)據(jù)收集哨”——室溫采集器。

這個(gè)冬天，北京熱力集團(tuán)在近60萬平方米供熱面積內(nèi)試點(diǎn)推行了人工智能熱網(wǎng)控制系統(tǒng)。采集器24小時(shí)不間斷采集室內(nèi)的溫度、濕度信息，并將這些數(shù)據(jù)和室外氣溫、風(fēng)力、風(fēng)向、濕度、房屋朝向等因素一起進(jìn)行大數(shù)據(jù)測算，最終得出適合各樓各戶的供熱溫度，形成調(diào)節(jié)指令，自動(dòng)下發(fā)給每個(gè)單元樓的供熱端。

以人工智能熱網(wǎng)控制系統(tǒng)為代表的“智慧供熱”是建設(shè)智慧城市不可或缺的一部分。黨的十九屆五中全會(huì)提出，建設(shè)智慧能源系統(tǒng)。不少省區(qū)市也將“智慧供熱”列為當(dāng)?shù)?ldquo;十四五”規(guī)劃的重要內(nèi)容。

所謂“智慧供熱”，是將物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等新興技術(shù)引入集中供熱，實(shí)現(xiàn)智能調(diào)控、精準(zhǔn)供熱、按需供熱、平衡供熱，提高資源配置效率。據(jù)北京熱力集團(tuán)供熱技術(shù)研究與發(fā)展中心副主任李仲博介紹，系統(tǒng)通過人工智能技術(shù)學(xué)習(xí)建筑物熱屬性、用熱習(xí)慣和熱力站熱屬性，為控制建筑樓宇與熱力站自動(dòng)生成精密的熱動(dòng)力數(shù)學(xué)模型;利用云計(jì)算技術(shù)分析處理天氣預(yù)報(bào)綜合數(shù)據(jù)、用戶室內(nèi)溫度實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和熱力站的運(yùn)行參數(shù)等數(shù)據(jù)，計(jì)算出當(dāng)下基于數(shù)學(xué)模型的最優(yōu)供熱參數(shù)。系統(tǒng)還具有預(yù)測功能，可以依據(jù)集團(tuán)給定的供熱目標(biāo)優(yōu)先級與未來氣候變化等信息預(yù)測分析未來48小時(shí)內(nèi)可能發(fā)生的各種場景，并規(guī)劃出最優(yōu)控制方案。

除北京外，河北、山東、黑龍江等北方省份也紛紛試點(diǎn)運(yùn)行了智慧供熱系統(tǒng)。走進(jìn)山東省菏澤永恒熱力有限公司的調(diào)度大廳，大屏幕上不間斷地跳動(dòng)著場站環(huán)境監(jiān)測、各小區(qū)溫度、換熱站運(yùn)行狀態(tài)等城區(qū)供熱動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，不同色塊標(biāo)示著不同的數(shù)值和區(qū)域。

工作人員介紹，通過室溫采集裝置和后臺(tái)系統(tǒng)，供熱方不僅能夠及時(shí)根據(jù)用戶家中的真實(shí)溫度精準(zhǔn)調(diào)度熱源，還可以在發(fā)現(xiàn)故障后第一時(shí)間就近“智慧派單”，快速地派出維修人員進(jìn)行檢修，從而實(shí)現(xiàn)了更多熱力站的無人值守，提高了供熱的應(yīng)急保障能力。

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5G+北斗，厘米級衛(wèi)星定位保障“城市生命線”

5G技術(shù)和新基建的發(fā)展，讓供熱系統(tǒng)再次升級。今冬北京熱力集團(tuán)首次運(yùn)用5G物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，進(jìn)一步提升熱網(wǎng)科學(xué)管控和精細(xì)化調(diào)度水平。

北京熱力集團(tuán)供熱生產(chǎn)部經(jīng)理王嘉明介紹，5G物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要運(yùn)用在對用戶室內(nèi)測溫設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸以及熱力管線測溫設(shè)備數(shù)據(jù)傳輸上。“入冬以來，北京熱力集團(tuán)已在1萬戶居民家中試點(diǎn)安裝了5G智能測溫盒，每小時(shí)自動(dòng)測溫一次。室溫?cái)?shù)據(jù)會(huì)傳輸?shù)街腔蹮峋W(wǎng)平臺(tái)。工作人員打開手機(jī)APP，隨時(shí)隨地查看用戶家中溫度，及時(shí)調(diào)整熱力站供熱指數(shù)。”

“5G智能測溫盒與普通測溫盒有什么不同?”

王嘉明作了進(jìn)一步解釋：“5G物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)具備高速率、低延時(shí)、大覆蓋的特性。在沒有運(yùn)用5G網(wǎng)絡(luò)之前，設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳普遍使用無線網(wǎng)絡(luò)或者進(jìn)行自組網(wǎng)。若周邊沒有無線網(wǎng)絡(luò)，設(shè)備將無法上傳數(shù)據(jù)。而自組網(wǎng)的安裝成本相對較高，連接的設(shè)備數(shù)量有限。兩者都無法滿足大量設(shè)備的數(shù)據(jù)傳輸需求。在‘萬物互聯(lián)’時(shí)代，通過使用5G網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)⒋罅康脑O(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行互聯(lián)互通，并能同時(shí)滿足數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和高速率性，這種方式遠(yuǎn)優(yōu)于過去的傳輸模式。未來5G智能測溫盒將在更多居民家中推廣。”

供熱管網(wǎng)是城市的生命線，安全問題意義重大。在今冬供暖開始前，北京市熱力集團(tuán)工作人員蘇磊通過APP和北斗定位移動(dòng)站對四中站的供熱管線進(jìn)行了巡檢。

一個(gè)白色的扁圓形盒子，下接一條長長的細(xì)桿，北斗定位移動(dòng)站的外形像一個(gè)特大號的大頭針。蘇磊手持著盒子這端，將另一端點(diǎn)到管道的一個(gè)點(diǎn)上，就能準(zhǔn)確測量點(diǎn)位的坐標(biāo)和高程。蘇磊說，以前巡檢主要靠人工，由于熱網(wǎng)與其他管道、線纜縱橫交錯(cuò)，一旦出現(xiàn)故障，想要找到精準(zhǔn)的位置并不容易。就像大家有時(shí)候會(huì)看到相關(guān)單位不得不對路面進(jìn)行大范圍“開膛破肚”，工程量很大。

不過，這種困境隨著北斗導(dǎo)航系統(tǒng)開始應(yīng)用于更多民用領(lǐng)域而一去不復(fù)返。自去年起，北京供熱領(lǐng)域規(guī)?；瘧?yīng)用了高精度北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)，通過衛(wèi)星信號來定位和測高，實(shí)現(xiàn)了對地下熱力管網(wǎng)的智能巡檢、智能管線測量、智能泄漏檢測。這一系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確鎖定管線中需要檢修的部位，避免外力破壞，定位精度可達(dá)到厘米級。

“在集團(tuán)的地理信息系統(tǒng)中，所有地下管網(wǎng)、換熱站等關(guān)鍵設(shè)備的位置和其他屬性信息均會(huì)實(shí)時(shí)更新，哪里出現(xiàn)問題，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警。”李仲博介紹。(王雅慧)