上海漕泾热电有限责任公司拟申报2019年度上海市科学技术奖项目

工业园区智慧互联蒸汽热网系统关键技术与应用

主要完成人：1钟崴，2郭赉佳，3王健，4周懿，5吴丁飞，6李岚，7陈斌，8万闻炜，9赵琼,10吴燕玲

主要完成单位：1上海漕泾热电有限责任公司

2浙江大学

3上海明华电力技术工程有限公司

4常州英集动力科技有限公司

5浙江大学常州工业技术研究院

项目简介：

当前，我国正以“清洁低碳、安全高效”为目标全面推进能源生产与消费革命，并大力发展综合能源系统，实现区域生产、生活与生态的统筹协调。工信部发布的《工业绿色发展规划（2016-2020年）》指出：“要优化工业结构和区域布局，加快形成以工业园区为载体的绿色集约化生产方式，提升工业能源效率”。在工业园区采用热电联产和集中供热系统，可有效削减分散式、低效中小机组生产能源带来的环境污染，显著提升能源系统的综合效率，降低单位GDP能耗，推动基于系统优化集成、能源梯级利用的循环经济发展。国务院发布的《深化“互联网+先进制造业”发展工业互联网的指导意见（2017）》指出：“工业互联网技术可推动传统工业转型升级，推动供给侧结构性改革”。借助工业互联网、云计算、大数据、虚拟仿真、人工智能等新一代信息技术，按照工信部、发改委、能源局发布的《关于推进“互联网+”智慧能源发展指导意见（2016）》所指明的信息系统与物理系统融合调控的总体技术架构体系，在工业园区建设智慧互联型蒸汽热网，是实现工业园区供热生产精细化、高品质运营管理的重要途径。

上海化学工业区是中国第一、全球第三大的化学工业园区，蒸汽等公用工程系统由上海电力股份有限公司与全球顶尖公用事业公司—新加坡胜科集团共同投资建设。园区集聚了包括英国石油化工BP、德国巴斯夫BASF、德国拜耳BAYER、三菱化学等诸多世界500强企业。园区内蒸汽管网为多源复杂环状拓扑结构，由上海漕泾热电股份有限公司9F级燃气蒸汽联合循环机组和上海上电漕泾发电有限公司1000MW超临界燃煤火电机组联合供热，园区内化工企业对蒸汽供应的参数品质、可靠性与安全性都具有十分苛刻要求，热网生产管理中主要存在以下难题：（1）热网结构跟随园区发展不断变化，热网扩建、改建缺少决策支持依据；（2）多源环状拓扑热网运行工况复杂，多热源互补与用户波动性反供蒸汽并存，部分化工用户用汽负荷波动大，热网调节具有耦合性与滞后性，缺少调度与调控决策的定量分析与优化手段；（3）环状蒸汽管网运行中存在冷凝水击事故风险，不具备预测性诊断与消除方法。

本项目旨在构建信息物理系统融合的智慧热网运行调控体系，围绕“基于模型做预测，基于预测做决策”的核心思想，构建了以物联感知、建模仿真、状态分析、优化决策、精准调控为闭环功能链的智慧互联蒸汽热网系统。子系统包括：离线建模仿真系统、物联感知调控系统、在线仿真运行系统、状态分析与故障诊断系统、运行优化决策系统等。项目核心技术内容包括：（1）物联感知，采用基于无线通信的工业物联网技术搭建了复杂蒸汽热网测量平台，实现管网中部热工参数、关键疏水器状态的测量，以及宽范围蒸汽流量的精确计量；（2）建模仿真，提出了大型复杂拓扑结构蒸汽热网的热工水力过程机理建模方法与快速求解算法，搭建了可实时映射物理热网系统，构建“数字化双胞胎”的在线仿真模型平台；（3）状态分析，实现设备物理测量与在线仿真虚拟测量互补的系统运行态势全面感知，实现多源环状热网运行潮流分析，基于大数据的供汽品质实时评估及负荷预测，供热安全性分析以及停滞水击风险诊断；（4）优化决策，采用并行智能优化算法实现基于模型预测的热网运行调控实时优化，对环状热网阀门解列优化调控、热源供汽负荷优化分配、返供蒸汽接入优化等决策方案进行快速、科学寻优。

本项目成果自2016年8月起已实际应用于上海化学工业园区的蒸汽供应生产中，并实现如下效益：（1）支撑了园区蒸汽供热规模不断扩大和复杂性不断提升，推动供热生产规模和效益的快速增长；（2）采用智能化生产管理模式，降低了蒸汽热网网损，提升了供汽品质，实现了系统层面的统筹优化运行；（3） 能够对环网蒸汽冷凝停滞水击风险进行诊断与消除，显著提升热网运行的安全性；（4）实现热网扩建、改建的方案择优分析，提高热网工程设计建设的科学决策能力。

新增直接经济效益：

根据财务核算，自本项目成果应用实施后，2016年-2018年期间累计新增产值115171.08万元，新增利润 10946.24万元， 新增税收2736.56万元，节约资金2529.99万元。

知识产权情况：

发明专利：

1. 供热管网内蒸汽流动滞留段在线诊断消除系统及工作方法, ZL 2014 1 0725412.1

2. 基于神经网络预测的供热节能控制方法与系统, ZL 2016 1 0171522.7

3. 蒸汽热网疏水器的分布式无线监测装置、系统及工作方法, ZL 2015 1 0237707.9

计算机软件著作权：

1. 工业热网运行状态分析与操作优化系统V1.0，登记号2015SR128886

论文：

1. Zhong Wei*, Feng Hongcui, Wang Xuguang, Wu Dingfei, Xue Minghua, Wang Jian, Online hydraulic calculation and operation optimization of industrial steam heating networks considering heat dissipation in pipes, Energy, 2015, 87: 566-577.

2. 赵琼,郭赉佳,于春娣,周懿,钟崴. 基于并行遗传算法的工业园区环状蒸汽热网运行优化[A]. 江苏省能源研究会、上海市能源研究会、浙江省能源研究会.第十二届长三角能源论坛——互联网时代高效清洁的能源革命与创新论文集[C].江苏省能源研究会、上海市能源研究会、浙江省能源研究会,2015:8. （第十二届长三角能源论坛优秀论文）

3. 王旭光,钟崴,薛明华,王健,吴丁飞. 大型工业蒸汽供热管网运行状态在线分析系统[J]. 能源工程,2015,(02):73-79.

4. 陈晓波, 郭赉佳, 钟崴, 陆烁玮. 考虑环境效益的多源供热系统负荷分配优化模型与方法[J]. 能源工程,2017,(03)

提名者：上海电力股份有限公司

提名等级：对照上海市科学技术奖提名条件，拟申报2019年度上海市科技进步奖二等奖。