0 引言

地热能是清洁环保的可再生能源，具有储量大、分布广、可循环利用等特点，发展前景广阔。

我国地热资源丰富，以中低温为主，供暖是一种非常重要的直接利用方式。相比传统供暖方式，地热能供暖具有效率高、运行成本低、供热连续稳定、舒适性好等优点。2017年国家首次制定并发布了《地热能开发利用“十三五”规划》，根据规划，“十三五”时期，新增地热能供暖（制冷）面积11亿平方米，累计达到16亿平方米，地热能开发利用前景广阔。

随着地热产业的不断壮大，系统运营将逐步成为重中之重。运营管理不当，地热供暖系统会出现运行能耗较预期偏高、投资收益较预期偏低、供热效果不理想等一系列的问题。 

雄县“无烟城”地热站内设备

1 项目概况

雄县位于河北省中部平原区，北距北京市108公里，东距天津市100公里，总面积524km2，人口38万；县城规划面积48km2，人口约7万。2017年4月1日，中共中央、国务院决定设立河北雄安新区，覆盖了雄县、容城、安新三个县域及任丘部分区域。

自2009年始，新星公司已在雄安新区的雄县、容城地区开展地热供热业务，截止2016年底，已在雄安新区范围内签约供热面积683.4万平米，建成供热能力580万平米。建设地热站45座，地热井98口，敷设供热管网110公里。其中：雄县建成能力450万平米，实现了地热供热城区全覆盖；容城建成能力130万平米。

为适应日益增长的地热产业规模运营需要，新星公司将信息通讯技术、自控技术与工艺生产相结合，开发了区域地热供热智能监控系统，实现了网络信息化能源供应的运营管理。

2016年，该智能监控系统率先在雄县进行了试点应用。智能监控系统一期覆盖了30个地热供热站，服务供暖面积276万平方米，热源均采用深层地热水，地热生产井42口，回灌井23口。 

2 区域地热供热智能监控系统结构功能

区域地热供热智能监控系统是对整个供热生产过程的集成管理。   建设区域地热供热智能监控系统的根本目的是采用现代高科技的技术提高企业的管理水平，从而达到节能的目的。以节能降耗和关注民生为社会使命，以实现供热的安全可靠、经济高效为根本增值点，这是建设区域地热供热智能监控系统的核心价值。

2.1 系统结构

区域地热供热智能监控系统主要由监控中心、地热站自控系统、视频监控系统、室温采集系统、通讯系统等组成。

监控中心是整个智能区域供热系统的操作核心，可实现对下属地热站的整体运行监控、分析和预警。包括智能热网运行管理软件、综合信息展示和硬件设施（通讯机群、服务器机群、操作员台等）。

图1 综合信息展示平台

2.2 系统功能

智能监控系统的几大主要功能包括远程监控、能效分析和预警报警。

首要任务是远程监控,热网监控系统不同于普通的建筑智能化或安防系统，它除数据监测外，还侧重多远程终端的控制管理，数据分析。在控制上它更接近与远程DCS、分布式I/O监控系统。需要有开放的通讯接口，可兼容和驱动其他现场控制系统，需要专门研发系统软件。区域地热供热智能监控软件安装在监控中心的服务器上，该服务器可采集现场控制器的数据，监测现场控制器的运行情况并指导操作员进行操作。服务器定期从现场控制器采集数据以保证其数据库不断更新。服务器还向远程终端站发送控制和参数设置指令。操作员从监控中心通过该系统能够方便地得到子站运行的数据并向子站下达指令。

区域地热供热智能监控中心软件由基础软件包、数据中心软件包、监控系统软件包、专业分析软件包、管理软件包、高级应用软件包和手机APP组成。系统中心功能逻辑架构如图2所示。

图2 区域地热供热智能监控中心逻辑架构图

2.2.1 井、站地理位置信息

基于地图的井、站信息展示，以谷歌地图为基础，展示地热井、地热站等的地理分布情况以及专业信息。包括地热井的施工单位、施工工艺、成井参数等信息；地热站的概况信息，包括名称、系统形式、计划供热面积、实际供热面积、用户数、热指标等重要参数信息。

2.2.2 工艺图展示

对地热井、地热站的供回水温度、压力、流量等参数的实时监控是远程监控最为重要的内容之一。根据换热站实际情况进行工艺图组态，在相关设备元件位置标注对应的特征参数，清晰显示各监测点及控制点，从而能让监控人员全面及时的掌握地热供热系统的实际运行状态。主要监控画面如图3所示。

图3 地热站工艺图

2.2.3 数据采集

数据采集功能采集站内运行数据及参数，并以数据报表、曲线、图形的形式展现出来。可显示水、电、热能耗曲线，温度、压力、流量曲线，瞬时数据及不同时间段数据报表，历年能耗对比图等。 

图4 数据曲线

2.2.4 远程控制

监控中心能对热源井、地热站进行设备控制，实现远程集中下发调控指令，分时分段温控设置，气候补偿模式设置等。

热源井控制，主要根据用户负荷需求通过间歇运行、定压运行、变频调节等方式对生产井泵进行控制，在保证供暖效果的前提下降低水泵能耗。

地热站内控制，包括电动阀调节控制，循环泵启停控制、变频定压调节以及对补水泵进行调节等内容。在雄县地热供热系统中调节阀的控制是重点，主要有两种控制策略：一是气候补偿控制方法，指随着室外温度的变化，改变二次供温的设定值，并将该值作为调节目标调节一次阀，如图5所示；另一个是分时段修正控制，是指结合人们的作息规律，在不同时间段，有不同的用热需求，针对需求修正二次供水温度和设定值之间的偏差，以达到经济运行，如图6所示。 

图5 气候补偿控制参数设置
 

图6 分时段温度补偿表

2.2.5 系统分析

包括系统运行状态分析、预测分析和能效分析三部分内容。

运行状态分析主要是指对系统水力平衡状态和设备运行状态进行分析，分析建筑物单位面积流量是否合理、地热站和建筑物侧的流量比及水力平衡度等；通过监测板式换热器端口温差，分析换热效率，通过监测水泵电流，分析水泵效率等。

另一个重要的内容是预测分析，智能监控系统软件可连接气象局接口，取得天气预报信息，用于未来几小时供热负荷及未来几日供热负荷预测，给出热源供水温度建议值。 还可进行实际负荷跟踪比较，根据预测偏差自动调整和修正之后的预测。 

能效分析是分析系统的重点，在全面掌握区域地热供热质量基础上，利用动态监测获得的热源供热量、用户耗热量及各耗能单元电耗、水耗数据，开展能效分析，并进行能效环比、同比分析。包括系统总能效、地热水提取系统能效、供热循环系统能效、地热水回灌系统能效、单位面积耗热量、耗电量、耗水量指标等。

2.2.6 系统预警

预警系统可提供对系统报警参数的识别、报警类型、报警值的设定、对已发生报警进行管理等工作。在异常状态下进行连锁保护，保障系统的安全稳定。 包括故障报警管理和连锁保护等。

故障报警管理主要是指当系统出现一次供温超低、一次回压超高、二次回压超低等情况时，自动分级报警、报警主动上传，值班人员一键式巡检签到。当出现停电、站内积水等影响系统安全运行的状况时，系统会优先发出一级报警信号，通过弹窗、语音等方式提醒运行人员紧急处理。

连锁保护主要是指当出现系统压力过高、过低或者水箱水位过低等情况时，系统自动采取停泵、开泄压阀等一系列连锁的保护措施。

2.2.7 视频监控

视频监控包括实时监控和录像查询功能，视频监控主要通过网络对现场视频进行浏览，录像查询主要是按照时间及报警时间对历史视频进行查询并回放。视频监控系统为地热站的无人值守创造了条件。

3 系统应用效果

2016-2017年供暖季雄县区域地热供热智能监控系统投入试运行，实现了10个地热站的无人值守，供暖系统按需供热、稳定、节能运行，同时有效节省了人工成本。 

改造前： 36个供热站采暖季按照每站3人配置运行员，含有油水分离设施的3个换热站每站增加1名运行员，共配置运行人员111人、维修人员8人、管理人员13人，客服人员20人，共计152人。 

改造后： 2016-2017年供暖季精减运行人员30人，减少人工成本约30万元。 

2017-2018年供暖季智能监控系统将全面投入使用，可实现30个站的无人值守，预计节约用工72人，节省人工成本约72万元。

4 结论及推广建议

地热供热智能监控系统平台不仅可以监测设备运行情况，还可以对数据进行整理、存储、计算和分析，实现远程控制，是提高设备自动化、信息化水平的重要保障，还可为能耗测评和节能评估分析提供数据来源和依据，使企业向成熟自动化发展迈进。

建立地热供热智能监控系统平台，可以大大降低企业生产成本，提高劳动生产率和企业产品的科技含量，增强企业的综合竞争实力。地热供热智能监控系统平台是提高生产自动化、信息化水平的重要保障，可为探索建设智能化地热田积累经验。 

通过雄县区域地热供热智能监控系统，定期汇总各地热站耗能并进行同比和环比分析，建立耗能定额库，进行能源计划和结算，实现能源全过程的精细化管理，按需供热，从源头节约能源。项目节能降本效果明显，研究成果可直接推广至雄安新区及全国其他区域地热供热项目。