门思科技基于LoRaWAN®标准实现高效率、高可靠的“煤改清洁能源”监测系统

众所周知,煤炭燃烧是造成大气污染的主要原因之一。我国每年燃煤锅炉和北方农村烧煤取暖需要消耗大量的煤炭,这不仅给不可再生的化石能源带来巨大消耗,而且燃煤过程中产生的一氧化碳、二氧化碳、二氧化硫等气体以及烟尘颗粒等物质,对人体和环境也造成了极大的危害。

为了实现可持续发展和打赢“蓝天保卫战”,煤改清洁能源已成为必然趋势,政府对于清洁供暖改造给予了高度重视和大力支持。2018年,国务院印发了《打赢蓝天保卫战三年行动计划》,明确了大气污染防治工作的总体思路、基本目标、主要任务和保障措施,提出了打赢蓝天保卫战的时间表和路线图;多个省份和地区都纷纷出台相关政策,以加快推进冬季清洁取暖改造。

煤改电是煤改清洁能源的一种方式,能够显著减少用煤量、改善空气质量,已在多个地区得到实施。电采暖的方式主要包括分散电采暖、集中电锅炉、热泵等多种类型,对于城镇、农村等地区主要采用集中电采暖,而空气热源泵是应用最多的方式之一。

空气源热泵采暖是目前世界上先进、能效比高的供热制冷设备之一,它采用电能驱动,通过传热工质把自然界的空气、水、土壤或其它低温热源中无法被利用的低品位热能有效吸收,并将吸收回来的热能提升至可用的高品位热能并释放到水中的设备,具有舒适、节能、环保、自动化控制、节省成本、方便等诸多优势。

但是空气源热泵等煤改电设备大多部署在农村地区,要给用户提供更便捷的使用指导、发现运行故障,提供运维服务,就需要通过物联网对煤改电设备的运行数据及用户用电数据进行采集和监测;这些数据还要经汇总后,为政府制定“煤改电”相关政策提供合理支撑。因此,煤改电一般需要采集空气源热泵的运行数据、能耗数据和室内温度三种数据。

这涉及到需要在农村地区建设覆盖范围广、多业务融合、大容量和低功耗的物联网网络。基于LoRaWAN®的网络可以实现单台基站覆盖一个甚至多个村庄,通过TDMA等技术可以实现温湿度数据、能耗数据和空气源热泵运行数据通过一个网络上行到物联网平台的目标。

除了部署范围广,煤改电系统还具有协议种类多、设备数量大、现场情况复杂等挑战,给运维管理带来很大困难。而LoRa®等物联网通信技术的快速发展,为建立煤改电等清洁能源的运维管理提供了强有力支持。Semtech的中国生态伙伴们为此开发了很多极富创新的解决方案。

北京门思科技有限公司(以下简称“门思科技”)是一家提供基于LoRa和LoRaWAN全通信链路解决方案产品的高科技企业,也是LoRa联盟中国区第一批成员,自2014年就开始从事LoRa技术产品开发,目前拥有包括基于LoRa的模组、传感器、网关、NS、NMS、MAP等在内的全栈产品体系,具有提供端对端解决方案的能力。

在煤改电运维管理系统上,门思科技利用LoRa技术实现了对空气源热泵的数据采集和控制。其整体系统组网如图1所示,此方案是基于作为全球物联网行业事实标准LoRaWAN标准,由空气热源泵、LoRaWAN采集终端、LoRaWAN网关、LoRaWAN服务器、网络管理平台(NMS)、应用管理平台组成。

图1:基于LoRaWAN的运维管理系统组网

门思科技这种基于LoRa的解决方案已经在北京某区得到应用,该区农村地区面积多达900平方公里,共有10万余只空气热源泵,LoRa凭借着广覆盖、低功耗、易部署等特性,在全区仅部署150台基站就实现了对空气源热泵的全面覆盖。

解决网络覆盖问题,这仅是整个解决方案的第一步,要实现对数量如此庞大的空气热源泵的全面监测,还有诸多难题需要解决,如热泵对接、数据上传、系统容量、远程维护等。为此,门思科技在运维管理系统中采用了两个关键设备:导轨式LoRa DTU和室外版LoRaWAN网关。

导轨式LoRa DTU内置门思科技自主开发的EdgeBus边缘计算框架,实现了对采用不同协议的热泵的快速对接,可支持超过70种协议;该DTU还支持TDMA等技术,空气源热泵运行数据、能耗数据和温湿度数据可通过一个网络上行到物联网平台,解决了拥塞冲突和共振冲突问题。

通过采用室外基站和利用LoRaWAN标准的频段自动迁移技术,解决了系统容量问题;基于LoRa实现的FUOTA、无线运维远程调试功能,大幅度降低了后期运维工作和人工成本。目前基于EdgeBus的模组和DTU已经在煤改电、能源管理等多个应用场景有了广泛的应用。

门思科技总经理赵明飞表示:“为了加快实现‘双碳’目标,打赢‘蓝天保卫战’,门思科技通过利用Semtech公司的LoRa技术,实现了在农村地区建设低功耗广覆盖的物联网网络的目标,基于Semtech SX1301器件的解决方案不仅具有远距离、低功耗和易部署的特性,其多信道能力更为彻底地解决了系统拥塞和冲突问题,可轻松将数万只空气源热泵连接起来,实现对空气源热泵的有效监测,为政府制定煤改电相关政策提供合理支撑。”

从2014年开始,门思科技一直致力于开发基于LoRa的产品和解决方案,拥有丰富的应用和项目经验,门思科技的LoRa解决方案主要聚焦在资产管理、环境监测和能源管理三个方向,主要业务场景在工业园区和办公楼宇,旨在帮助用户提供一站式传感器解决方案。目前门思科技正在基于LoRa的低功耗定位技术上投入大量的研发力量,计划年内实现不同场景下基于LoRa的低功耗定位系统解决方案,为用户提供一站式传感器解决方案。

作为一家全球化的物联网企业,门思科技拥有基于LoRa的全频段产品体系,产品应用覆盖了包括南美、欧洲、非洲、东南亚、俄罗斯、韩国等多个地区和国家。而门思科技在国内不同垂直行业中得到了充分验证的、各种基于LoRa的物联网解决方案,与全球不同地域、不同行业的用户需求相结合,开发了很多创新的应用。

Semtech中国区销售副总裁黄旭东表示:“努力降低对环境的影响一直是Semtech所追求的目标之一,门思科技应用LoRa技术来使天空更加蔚蓝,我们为此倍感骄傲。同时,我们也欣慰地看到门思科技以及众多LoRa生态伙伴使LoRa充分发挥了自组、安全、可控的特性,为中国和全球各地的用户提供了高效而便捷的解决方案,为人们创建更美好的生活。”