摘要
武昌热电作为南方供暖典型案例，本项目结合其供热生产经营所面临的主要问题，通过开展热网输配能力提升改造和供热系统智能化升级，解决严寒期管网系统水动力不足问题，建立供热“数字孪生”系统，建成“源-网-荷”一体化智能调控平台，采用物联网、数据挖掘、负荷预测、智能决策、水力调平、源网联动等技术手段，实现企业热力“产-输-配-售”全过程精细化、标准化、智能化的运营、管理和服务，消除各子系统间信息壁垒，实现“精准供热和按需供热”的闭环控制，进一步促进企业节能降耗，保障采暖季供热质量与安全。
一、实施背景
1.行业趋势
目前，我国城市集中供热的规模越来越大，无论是民用集中供热系统还是工业集中供热系统，单个系统的供热能力都在不断增大，总供热面积甚至能够达到几百万甚至几千万平方米，供热管网的型式也越来越趋于复杂。然而，集中供热系统的运行管理与控制技术的发展却不够迅速，导致集中供热系统能耗增大，能源利用率低。
随着能源互联网的出现和信息技术的持续发展，利用先进的信息通信技术和互联网平台优势推动传统供热产业升级成为新趋势，实现互联网与传统供热行业的融合，整合现有可用资源打造数字化智能供热，提升供热的现代化水平，提高供热业务的生产、运行、管理和服务水平，是供热产业发展的新方向。在数字化转型的整体趋势下，为持续深化供热量和供热效益双提升工作，集团公司发布了《集团公司智能供热系统建设实施方案》。通过本项目开发基于物联网、大数据和人工智能技术应用的新型数智供热管控平台，开创武昌公司数字孪生的数智供热新模式，有效降低管网损失、大幅提升运营效率、保障热网系统运行安全。本项目的研究实施是基于企业自身实际需要，积极落实集团公司智能供热系统建设的重要举措。
在国家30*60双碳目标和能源技术革命的背景下，以绿色低碳为方向，建设清洁低碳、安全高效的现代化能源体系是国家能源转型的重大战略。如今，数字经济正在成为重组全球要素资源、重塑全球经济结构、改变全球竞争格局的关键力量，数字化的高创新性、强渗透性、广覆盖性为能源行业创新发展注入了新动力。随着智慧能源和信息技术的高速发展，用信息技术推动传统供热产业升级成为新的趋势；利用先进的信息通信技术和互联网平台的优势，打造数字化智能供热，提升供热的现代化水平，是供热产业发展的新方向，也是建设“清洁低碳、安全高效”的现代化能源体系的时代要求。
随着人民对美好生活向往的不断提高，南方城市集中供热业务发展日益壮大。南方城市集中供热具有其鲜明特点，属于完全市场化商品，无民生保供属性，供热个性化需求多，供热质量要求更高。
2.企业痛点
（1）目前，武昌热电接带供热接入面积676万平方米，实供面积300万平方米，最高热负荷129MW，管辖热力站91座（项目实施过程中新增12座）。热网系统与青山热电的管网相通，在仁和路关断阀处划分供热边界。
（2）供热系统有1/3用户为计量收费用户，用户自主用热；15万平米为3个月面积计费套餐；其余为4个月面积积计费套餐及公建。公建项目仅白天使用，夜晚停用，在公建项目投运时，整网负荷波动较大，对管网稳定性存在巨大挑战。
（3）现有管网输送条件不足的问题突出，在采暖季严寒期实际运行时，武昌分公司热网系统末端管线流量严重不足，供热效果较差，省直一期支线、梨园支线、华侨城末端支线情况尤为明显，所辖区域供热安全和供热质量无法保证;供热运行调控方式粗放;能耗水平较高。
二、实施目标
1.预期目标
（1）通过机理建模与数据辨识协同驱动的方式，建立示范建设单位供热系统的数字孪生模型。
（2）通过复杂热网动态水力-热力耦合仿真计算，实现系统全网水力-热力平衡。
（3）实现示范建设单位供热“源-网-荷”一体化智能管控。
（4）实现供热业务运营管理系统数字化赋能提升。
（5）实现热网系统输配能力提升。
2.预期成果
（1）通过技术联合攻关，掌握相关核心知识产权，申请专利2-3件，申请软件著作权1件，发表科技论文1篇；
（2）研发一套适用于南方城市集中供热的一体化智能调控平台系统，并完成示范工程建设；
（3）建立一套适用于武昌地区的供热能耗评价机制及指标数据库。
三、建设内容
1.实施内容
（1）典型南方供热系统数据库构建，主要是对武昌分公司进行供热管网进行热力特性分析，采集温度、压力、流量等数据，同时通过结合气候参数与用户需求，并对不同房型、朝向、围护结构的热用户进行分类、评价，基于以上大量的基础数据，构建覆盖全工况的供热系统分析数据库；
（2）供热管网动态特性研究，通过水力-热力耦合试验，监测管网输配过程中的温度衰减、压降等规律，建立负荷-流量-温度关联模型，为智能调控提供理论依据，研究初末寒期受用户自主调节影响供热管网流量波动特征规律，探究时间与热负荷变化的关系。
（3）智能调控模型优化，基于供热季实际运行参数，校正管网水力、热力参数（如阻力系数、传热系数等），开发自适应算法优化调控策略，提升管网水力模型精度。
（4）基于智能调控平台开发系统平台的搭建，集成物联网感知层、边缘计算层与云端决策层，采用Python+MySQL架构开发调控平台，实现实时监测、负荷预测及全网平衡智能调控功能。
四、实施效果
1.应用情况
（1）经一网分布泵改造一网峰值输送能力达141.19MW，超过140MW目标。
（2）供热面积，理论覆盖面积达313.76万m²，满足300万m²要求。
（3）二网平衡改造，沙湖明珠小区经二网户阀改造，实际热耗降幅5%以上。室温稳定性显著提升，达标率100%。
2.社会效益：
（1）节能环保效益
能耗降低：项目年节热约10%，折标煤约2743吨，减少二氧化碳排放量8387吨，助力武汉市“双碳”目标推进。
（2）民生改善，提升居民幸福感
稳定供热服务：全网平衡调控与动态修正机制，解决末端用户冷热不均问题，提升室内温度达标率，减少因供热波动引发的用户投诉。试点小区用户室温波动范围由±3℃缩小至±1℃，投诉率下降40%，用户满意度调查达95%。
热舒适度优化：通过负荷预测与气候补偿算法，实现分时段按需供热，避免供热末期用户室内过热现象，提升居民生活品质。
完成单位：华电湖北发电有限公司武昌热电分公司
完成人：耿海涛、彭放、胡超、岳靖云