眾所周知,煤炭燃燒是造成大氣污染的主要原因之一。我國每年燃煤鍋爐和北方農(nóng)村燒煤取暖需要消耗大量的煤炭,這不僅給不可再生的化石能源帶來巨大消耗,而且燃煤過程中產(chǎn)生的一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫等氣體以及煙塵顆粒等物質(zhì),對人體和環(huán)境也造成了極大的危害。
為了實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展和打贏“藍天保衛(wèi)戰(zhàn)”,煤改清潔能源已成為必然趨勢,政府對于清潔供暖改造給予了高度重視和大力支持。2018年,國務(wù)院印發(fā)了《打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)三年行動計劃》,明確了大氣污染防治工作的總體思路、基本目標(biāo)、主要任務(wù)和保障措施,提出了打贏藍天保衛(wèi)戰(zhàn)的時間表和路線圖;多個省份和地區(qū)都紛紛出臺相關(guān)政策,以加快推進冬季清潔取暖改造。
煤改電是煤改清潔能源的一種方式,能夠顯著減少用煤量、改善空氣質(zhì)量,已在多個地區(qū)得到實施。電采暖的方式主要包括分散電采暖、集中電鍋爐、熱泵等多種類型,對于城鎮(zhèn)、農(nóng)村等地區(qū)主要采用集中電采暖,而空氣熱源泵是應(yīng)用最多的方式之一。
空氣源熱泵采暖是目前世界上先進、能效比高的供熱制冷設(shè)備之一,它采用電能驅(qū)動,通過傳熱工質(zhì)把自然界的空氣、水、土壤或其它低溫?zé)嵩粗袩o法被利用的低品位熱能有效吸收,并將吸收回來的熱能提升至可用的高品位熱能并釋放到水中的設(shè)備,具有舒適、節(jié)能、環(huán)保、自動化控制、節(jié)省成本、方便等諸多優(yōu)勢。
但是空氣源熱泵等煤改電設(shè)備大多部署在農(nóng)村地區(qū),要給用戶提供更便捷的使用指導(dǎo)、發(fā)現(xiàn)運行故障,提供運維服務(wù),就需要通過物聯(lián)網(wǎng)對煤改電設(shè)備的運行數(shù)據(jù)及用戶用電數(shù)據(jù)進行采集和監(jiān)測;這些數(shù)據(jù)還要經(jīng)匯總后,為政府制定“煤改電”相關(guān)政策提供合理支撐。因此,煤改電一般需要采集空氣源熱泵的運行數(shù)據(jù)、能耗數(shù)據(jù)和室內(nèi)溫度三種數(shù)據(jù)。
這涉及到需要在農(nóng)村地區(qū)建設(shè)覆蓋范圍廣、多業(yè)務(wù)融合、大容量和低功耗的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)?；贚oRaWAN®的網(wǎng)絡(luò)可以實現(xiàn)單臺基站覆蓋一個甚至多個村莊,通過TDMA等技術(shù)可以實現(xiàn)溫濕度數(shù)據(jù)、能耗數(shù)據(jù)和空氣源熱泵運行數(shù)據(jù)通過一個網(wǎng)絡(luò)上行到物聯(lián)網(wǎng)平臺的目標(biāo)。
除了部署范圍廣,煤改電系統(tǒng)還具有協(xié)議種類多、設(shè)備數(shù)量大、現(xiàn)場情況復(fù)雜等挑戰(zhàn),給運維管理帶來很大困難。而LoRa®等物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的快速發(fā)展,為建立煤改電等清潔能源的運維管理提供了強有力支持。Semtech的中國生態(tài)伙伴們?yōu)榇碎_發(fā)了很多極富創(chuàng)新的解決方案。
北京門思科技有限公司(以下簡稱“門思科技”)是一家提供基于LoRa和LoRaWAN全通信鏈路解決方案產(chǎn)品的高科技企業(yè),也是LoRa聯(lián)盟中國區(qū)第一批成員,自2014年就開始從事LoRa技術(shù)產(chǎn)品開發(fā),目前擁有包括基于LoRa的模組、傳感器、網(wǎng)關(guān)、NS、NMS、MAP等在內(nèi)的全棧產(chǎn)品體系,具有提供端對端解決方案的能力。
在煤改電運維管理系統(tǒng)上,門思科技利用LoRa技術(shù)實現(xiàn)了對空氣源熱泵的數(shù)據(jù)采集和控制。其整體系統(tǒng)組網(wǎng)如圖1所示,此方案是基于作為全球物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)事實標(biāo)準(zhǔn)LoRaWAN標(biāo)準(zhǔn),由空氣熱源泵、LoRaWAN采集終端、LoRaWAN網(wǎng)關(guān)、LoRaWAN服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)管理平臺(NMS)、應(yīng)用管理平臺組成。
圖1:基于LoRaWAN的運維管理系統(tǒng)組網(wǎng)
門思科技這種基于LoRa的解決方案已經(jīng)在北京某區(qū)得到應(yīng)用,該區(qū)農(nóng)村地區(qū)面積多達900平方公里,共有10萬余只空氣熱源泵,LoRa憑借著廣覆蓋、低功耗、易部署等特性,在全區(qū)僅部署150臺基站就實現(xiàn)了對空氣源熱泵的全面覆蓋。
解決網(wǎng)絡(luò)覆蓋問題,這僅是整個解決方案的第一步,要實現(xiàn)對數(shù)量如此龐大的空氣熱源泵的全面監(jiān)測,還有諸多難題需要解決,如熱泵對接、數(shù)據(jù)上傳、系統(tǒng)容量、遠程維護等。為此,門思科技在運維管理系統(tǒng)中采用了兩個關(guān)鍵設(shè)備:導(dǎo)軌式LoRa DTU和室外版LoRaWAN網(wǎng)關(guān)。
導(dǎo)軌式LoRa DTU內(nèi)置門思科技自主開發(fā)的EdgeBus邊緣計算框架,實現(xiàn)了對采用不同協(xié)議的熱泵的快速對接,可支持超過70種協(xié)議;該DTU還支持TDMA等技術(shù),空氣源熱泵運行數(shù)據(jù)、能耗數(shù)據(jù)和溫濕度數(shù)據(jù)可通過一個網(wǎng)絡(luò)上行到物聯(lián)網(wǎng)平臺,解決了擁塞沖突和共振沖突問題。
通過采用室外基站和利用LoRaWAN標(biāo)準(zhǔn)的頻段自動遷移技術(shù),解決了系統(tǒng)容量問題;基于LoRa實現(xiàn)的FUOTA、無線運維遠程調(diào)試功能,大幅度降低了后期運維工作和人工成本。目前基于EdgeBus的模組和DTU已經(jīng)在煤改電、能源管理等多個應(yīng)用場景有了廣泛的應(yīng)用。
門思科技總經(jīng)理趙明飛表示:“為了加快實現(xiàn)‘雙碳’目標(biāo),打贏‘藍天保衛(wèi)戰(zhàn)’,門思科技通過利用Semtech公司的LoRa技術(shù),實現(xiàn)了在農(nóng)村地區(qū)建設(shè)低功耗廣覆蓋的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo),基于Semtech SX1301器件的解決方案不僅具有遠距離、低功耗和易部署的特性,其多信道能力更為徹底地解決了系統(tǒng)擁塞和沖突問題,可輕松將數(shù)萬只空氣源熱泵連接起來,實現(xiàn)對空氣源熱泵的有效監(jiān)測,為政府制定煤改電相關(guān)政策提供合理支撐。”
從2014年開始,門思科技一直致力于開發(fā)基于LoRa的產(chǎn)品和解決方案,擁有豐富的應(yīng)用和項目經(jīng)驗,門思科技的LoRa解決方案主要聚焦在資產(chǎn)管理、環(huán)境監(jiān)測和能源管理三個方向,主要業(yè)務(wù)場景在工業(yè)園區(qū)和辦公樓宇,旨在幫助用戶提供一站式傳感器解決方案。目前門思科技正在基于LoRa的低功耗定位技術(shù)上投入大量的研發(fā)力量,計劃年內(nèi)實現(xiàn)不同場景下基于LoRa的低功耗定位系統(tǒng)解決方案,為用戶提供一站式傳感器解決方案。
作為一家全球化的物聯(lián)網(wǎng)企業(yè),門思科技擁有基于LoRa的全頻段產(chǎn)品體系,產(chǎn)品應(yīng)用覆蓋了包括南美、歐洲、非洲、東南亞、俄羅斯、韓國等多個地區(qū)和國家。而門思科技在國內(nèi)不同垂直行業(yè)中得到了充分驗證的、各種基于LoRa的物聯(lián)網(wǎng)解決方案,與全球不同地域、不同行業(yè)的用戶需求相結(jié)合,開發(fā)了很多創(chuàng)新的應(yīng)用。
Semtech中國區(qū)銷售副總裁黃旭東表示:“努力降低對環(huán)境的影響一直是Semtech所追求的目標(biāo)之一,門思科技應(yīng)用LoRa技術(shù)來使天空更加蔚藍,我們?yōu)榇吮陡序湴?。同時,我們也欣慰地看到門思科技以及眾多LoRa生態(tài)伙伴使LoRa充分發(fā)揮了自組、安全、可控的特性,為中國和全球各地的用戶提供了高效而便捷的解決方案,為人們創(chuàng)建更美好的生活。”
