基于“数字孪生”的能源管理系统,「英集动力」为热能供应链提供工业互联网解决方案


中国城市集中供热系统正伴随着城市化进程高速增长。根据智研咨询报告中的数据,国内集中供热面积已从2010年的44亿平方米增长至2018年的130亿平方米,其中涉及到的电力、热力的生产与供应业固定资产投资额也从2010年的11356亿元上升至2018年的20577亿元。

近年来能源行业的转型发展要求城市能源系统具有更强的灵活性和更高的用能效率,同时工业互联网的发展为这一复杂系统的运维管理提供了的技术支撑条件。英集动力从城市集中供热这一垂直领域入手,研发了基于工业互联网的智慧供热平台viHeating®,以数字化方式帮助供热企业管控热能的生产、输配和使用全过程。

产品的核心技术在于,通过建立供热系统的“数字孪生”模型,采用人工智能算法在线实时生成供热系统的优化运行方案,形成供热系统的智慧化EMS能源管理系统。此外,将EMS系统在云端部署后,再结合区块链技术解决节能数据的公信力问题,可形成智慧供热合同能源管理EMC服务模式。

从供热行业的发展趋势上看,浙江大学常州工业技术研究院智慧能源系统研究中心主任钟崴教授表示,中国城市集中供热系统规模庞大,设备设施状况特别复杂,供热企业需要兼顾安全、环保、能效等多方面要求,生产压力巨大。在传统模式中,供热系统主要由设备层和自动化层构成,系统运行调度决策能力主要取决于供热企业集控室内调度人员班组的专业知识和生产经验。近年来,集中供热系统规模的扩大和清洁供暖的发展使得系统运行调度的难度倍增,单靠人脑的分析和决策能力已难以应对。

针对这一突出问题,发展智慧供热新模式的主要目标是在供热系统的设备层、自动化层之上构建一个智慧决策层,通过工业互联网实现供热系统“源-网-荷”各环节设备要素的连接,采用热工水力过程建模仿真和工业大数据方法构建供热系统的“数字孪生”模型,进而基于模型实现系统的状态监测、故障诊断、预测调控、运行优化,从而借助机器智能辅助人类智能,使策略层的IT平台系统成为城市供热系统生产运行的“大脑”。

在产品研发和落地方面,英集动力总经理时伟表示,基于浙江大学常州工业技术研究院研发的核心技术,英集动力用工业互联网架构研发了智慧供热平台产品viHeating®。项目实施总体可分为3步:

  1. 基于已有的DCS、SCADA自动化系统扩展安装工业物联网 传感装置,实现供热设备层热源、管网、热力站的全连接。

  2. 重点工作是需要在云端信息空间中建立供热系统的“数字孪生”模型,这种模型是一种行业机理模型与工业大数据模型的混合体,可以实现供热系统运行行为的“推演”和“预测”。“数字孪生”模型就如同是供热系统的在线“数字沙盘”,可以使供热企业用无代价地、定量化的方式预测供热系统调度、操作、扩建、改建的结果,也包括没有真实损失的“试错”,围绕这样的“数字沙盘”开展供热生产管理,可解决供热行业长期以来的依赖人工经验开展生产管理的痛点。

  3. 利用人工智能优化算法对负荷分配、热网解列、节能运行、应急抢险等运行调控的决策问题进行多方案智能寻优。

viHeating®产品从2015年开始示范应用,已先后在上海、北京、郑州、天津、南京、无锡等15个重点城市落地。总经理时伟表示,2018年,全国民用集中供暖面积已经达到130亿平方米,工业蒸汽已达到100万吨/小时,这一市场正在高速增长。

英集动力的研发的供热EMS能源管理系统不仅可以通过产品平台授权方式实施,还可以通过云平台结合区块链技术采用EMC合同能源管理服务方式收费,落地实施投资费用主要包括扩充安装的工业物联网设备、平台软硬件的投入费用、平台服务费、增值咨询费等。目前,英集动力服务的供暖面积已达3.5亿平方米,服务的工业蒸汽项目覆盖管网已超1000公里。

从已实施项目经验来看,企业的投资回报周期约为1-3年,viHeating®产品带来的效益主要体现在优化调度的节能收益安全事故防范两大方面。以某热力公司项目为例,在2000万平方米的示范区内,企业在2017-2019年采暖季中仅节省的燃料成本就达1600余万元,并且居民的室温合格率明显提升。

总经理时伟表示,2020年英集动力的业务重点在于加大市场开拓、持续升级和完善产品。对于基于“数字孪生”的工业互联网平台应用来说,孪生模型的准确性是关键,虽然增加设备连接数能有效提高模型的精准度,但在商业化过程中还需要具体结合企业的投资预算情况,可以采用分期实施的方式部署并逐步加深应用。

英集动力成立于2014年7月,是由浙江大学常州工业技术研究院重点孵化的国家级高新技术企业,属于典型的“产学研”合作创新模式。公司已于2019年8月获得了银杏谷资本云栖创投基金的千万级Pre-A轮投资。

在工业设备智能管理场景,国外创业公司代表有美国的Uptake,公司通过预测性检测帮助企业降低设备故障率、提高设备利用率,成立3年估值已达23亿美元。老牌外企施耐德也通过大量收购同类产品的方式扩充其能效管理数字化解决方案。国内方面,随着“新基建”政策推出,工业互联网将加速传统行业的转型升级,目前出现的创业公司众多,代表企业有2018年成立的联智科技,对标Uptake,以SaaS平台的方式为工业企业提供电机设备的在线监测、故障诊断、预测性维护服务。还有同样以声学技术切入工业设备预测性检测市场的科创公司瑶声科技(2019年成立)。湃方科技也是以边缘计算AI芯片、工业AI算法、智能终端以及设备智能服务SaaS平台的“全栈产品”切入了工业设备智能管理场景。