人工智能为供热行业注入新动能，插上“智慧的翅膀”

摘要:北方地区采暖能耗巨大,供热行业通过AI、大数据和物联网等新技术进一步降低能源消耗是节能减排、雾霾治理的重要手段,也能加强政府对各供热企业的行业监管能力,提高供热质量与保障,保证民生供热服务满意度,突显“政府可管、企业可省、百姓可感”多方业务价值。

1、随着城镇化进程,集中供热需求不断增长

我国供热行业趋势是随城镇化进程,集中供热需求不断增长,全国各省进度不一。截止2020年底,全国城市集中供热面积98.8亿平方米,较上年增长6.81%。集中供热是我国北方区域冬季采暖的主要方式,随着我国经济社会的快速发展,城镇化的高速推进使得北方城镇建筑面积不断增长,集中供热面积亦随之快速增长。中国每年北方冬季供暖占全国能耗的10%,庞大的能源消耗给我国能源供给和经济稳定带来了巨大压力,也间接造成了环境污染加剧等严重的社会问题。集中供热是指由集中热源所产生的蒸汽、热水,通过管网供给一个城市 (镇)或部分区域生产、采暖和生活所需的热量的方式。从能源利用方面讲,集中供暖一次性投资大,运行费用高,无论是否需要,暖气始终全天供热,因楼层不同而造成温度不均,若遇到供暖偏热,居民只有开窗降温,使宝贵的能源白白浪费;另一方面,每天气温不同,以及同一天不同时段存在较大温差,当前供暖公司的调节系统很难做到及时调整阀门,导致居民满意度低。

2、传统供热企业面临数字化转型,供热智慧化迫在眉睫

随着云计算、大数据、物联网和人工智能等新兴技术的不断发展,传统供热行业也在面临数字化转型的机遇,供热信息化的发展也不断经历了自动化和网络化的建设过程,目前处于智能化发展的最佳契机,通过技术、业务和产业不断融合,最终会走向高效、节能和以人为本的智慧化终极目标。

3、供热行业中,政府、热企和百姓的各方需求和痛点

政府监管和服务需求:优化供热管网规划建设,合理减少重复建设投资,促进各供热企业一次管网的互联互通,便于合理调配热资源的实施。聚焦数字政府数字民生服务,提升行业管理水平,保障城市供热安全、保证民生服务及城市供热质量。

供热企业提质增效需求:督促企业合理降耗,指导企业实施升级改造,提高企业自身的管理能力和服务水平。实现供热运行智能优化调控,节能降耗、节省人工成本,按需供热、精准供热,最终提升供热企业经济效益。

群众服务满意度需求:通过典型住户室温监测,提升投诉受理、应急处置响应能力。对热用户反映的热点问题或难点问题予以及时回馈或解决,对市民提供的建议或意见及时收集与采纳,从而实现“从群众中来,到群众中去”的服务能力。

4、智慧供热理念先行,人工智能优势尽显

人工智能是近几年来的热点技术,供热作为传统行业,如何实现智慧化是政府和热企都非常关心的问题。华为提出的“智慧供热”是在供热治理现代化方向的一种实践和探索,就是要让人工智能、物联网和大数据这些新技术赋能传统行业,解决传统行业不能解决的问题,推动供热行业升级改造,通过插上智慧的翅膀,真正走上数字化转型的大道。

当人工智能遇上供热调控,真正碰撞出火花,我们会欣喜地发现:人工智能可以避免我们过分依赖调控人员,避免人的经验差距、责任心、不稳定因素;人工智能还比我们想的更加周全,能考虑各种复杂外部因素,集合多方面因素来实现精细化的调节;人工智能实现源网联动,全域协同,从后端热需求到源头热源的供需矛盾,解决独立烟囱系统的问题;人工智能的环境适应性也很强,能够自学习和自优化。

5、大数据服务如影随形,助力政府监管和治理从“人治”到“数治”的转变

政府可以打造监管、服务、指挥的“三中心”,真正实现政府监管和治理:从“人治”到“数治”的转变。首先监管中心,对城市热企全方位监管,促进企业不断提升供热服务水平。其次服务中心,是面向居民投诉,进行快速响应和跟踪,创新服务水平。最后也是指挥中心,守护城市供热企业端到端的安全,一旦发现问题,实现提前监测预警和应急联动。

1)给领导展现一张全市热企供热效果和指标评价“全景图”。哪些小区“达标不供热”哪些热企能“优质供热”,领导都能尽收眼底,做到心中有数。

2)通过智能算法能发现风险隐患,提前预警,决胜于千里之外。主管部门根据未来7天的天气预报与华为的AI算法进行评估,对热源厂进行负荷率预测,当负荷率超标会及时“预警”。

3)考核排名有数可依,提升热力企业精细化管理水平。供热主管部门可以对各个热企供热不达标的数量进行排名处罚,以“督办单”的形式直接发到热力企业,要求热力企业限时处理并反馈。

4)基于大数据挖掘为热企提供“智能体检服务”。经过后台的大数据分析和华为AI算法,对热力站是否存在严重水力失调、是否有供热不足、是否有能耗过大等异常问题进行分析和预警,为热企问诊号脉。

5)通过物联网直接采集数据,保障评价权威可信,问题无法抵赖。督导热企按照标准接口上传供热运行数据,实现数据共享,同时在用户家中安装物联网测温仪,实时数据比对,保证不造假。

6、人工智能贴身服务,为供热企业构建最强“智慧大脑”

企业的供热智慧化是需要建立在现有的自动化控制设施和技术的升级改造之上的,打好基础之后,再利用华为供热智能体提供的人工智能算法服务,实现物与物的互联互感,实现从“大脑”(人工智能)与“神经网络”(终端设备)的智慧化碰撞,完成供热“源,网,站,户”端到端全流程对接,真正实现企业供热管理效率:从“人控”到“智控”。

1)通过智能精准调控,真正有效节能减排,为热企降本增效。充分融合室温数据、天气数据、建筑数据等多种信息,通过人工智能的“智慧大脑”评估出真正的供热需求,有效指导热源按需定产,实现居民平稳供热的同时降低能耗。同时智慧大脑会综合考虑多个换热站的不同需求和不同状态,找到最佳的平衡点,避免不必要浪费。

2)热需负荷预测,指导热源合理生产,后端合理消耗。智慧大脑会结合热源的运行数据和历史数据,利用人工智能机器学习和深度学习,真正算出热源生产的预测值。

3)保证单元/户之间供热均衡,老百姓不再忽冷忽热,抱怨连天。

4)智能化分析预警能力,为供热企业的安全保驾护航。热力企业通过智能化升级,可以对超期服役的设备(包括管网、阀门、伸缩节、仪器仪表等)进行及时排查和维护,异常设备及时报警,故障设备跟踪维修进度,全面解决热企运行安全问题。

7、实际案例-哈尔滨智慧供热最佳实践

哈尔滨是北方公认的严寒地区,我们选择作为智慧供热的试点项目具有很好的示范意义。哈尔滨太平供热公司,换热站基础自动化水平较好,管理水平较好,历史供热能耗0.38吉焦/㎡,在6个月供热期的严寒地区属于能耗非常低的供热企业。哈尔滨太平供热有限责任公司负责供热的道外区,服务约1433万平米供热面积,13万户居民。

试点分为一次网和二次网,一次网包括太平供热公司88个换热站和太平房产34个换热站,共122个换热站,对一网换热站实现热站人工智能负荷预测及智能控制,对热源实现热源人工智能负荷预测;二次网包括2个小区11栋楼(新小区恒大御峰668户和老小区地铁AC家园1274户),其中4栋楼(恒大御峰2栋楼494户和地铁AC小区2栋楼284户)做用户自主调节温度试点,安装户间平衡阀,AI按需调控,其余7栋楼安装单元平衡阀,实现单元平衡。

13万户居民安装6600个室温采集设备,可视化呈现1433万平米供热范围内供热效果。部署二次网单元远程调控设备50套,二次网热用户远程调控设备800套,室温采集设备6600套等。

一个供暖季下来,整体效果显著:

1)供热质量可视化,供热“有数可依”,保障居民舒适性,也为后续供热行业数字化转型提供基础,为政府监管提供依据

2)源、网、站、户联动的按需定产和平衡供热,实现有效节能减排

▲热源预测指导生产,随着数据不断积累,2020-2021年平均匹配率达到98.2%;

▲换热站平衡调节,调控准确性逐年提高,室温分布效果更优,站间的室温平衡度更高;

▲单元平衡调节,各试点单元的二回温目标达成率均达到98%以上;

▲户平衡调节,在统一室温模式下,实现了均衡供热。户控用户室温分布集中在22-25℃范围内,且平均占比达到95%以上;

▲整体节能水平,19~20年和20~21年的连续两个采暖季的一网累积节能10%以上;新增二网设备的小区,整体节能10%+;由于智慧供热投运,全网平衡度较好,电耗同比降低8.47%。

3)安全供热,AI系统实现异常数据自动诊断,在热源或换热站故障时,系统自动进入应急模式,保障整网供热安全

8、面向智慧供热的城市治理与服务提升一直在路上

智慧供热的改革创新不是一蹴而就的,是需要政府领导的高度重视和关注,也是需要热企紧密配合的。城市的智慧供热项目是面向政府城市治理的核心民生工程,只有通过地方政府的高度重视和统一决策,才能较好的推动项目立项和保障项目最终落地。同时热企需要具备一定信息化水平和自我变革的决心,才能积极主动的进行供热技术的升级改造和保障长期运营。最后还需要建立起好的商业模式,特别是利用政府专项债和成立城市智慧供热平台运营公司等。