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    专题论述

    为什么说NB-IoT云控阀是智慧供热的关键设备?
    信息来源:环球表计 上传日期:2019-11-12 点击率:705次

    NB-IoT全称为窄带物联网协议,在华为的推进下,于20166月,在3GPP正式冻结,确立了协议标准。

    NB-IoT具备四大特点:

    广覆盖,将提供改进的室内覆盖,在同样的频段下,NB-IoT比现有的网络增益20dB,相当于提升了100倍覆盖区域的能力;

    具备支撑连接的能力,NB-IoT一个扇区能够支持10万个连接,支持低延时敏感度、超低的设备成本、低设备功耗和优化的网络架构;

    更低功耗,NB-IoT终端模块的待机时间可长达10年;

    更低的模块成本,企业预期的单个接连模块不超过5美元。

    为什么智慧供热应用选择NB-IoT

    我国北方城镇供热被称为区域供热或者集中供热,即在人口密集区,建设覆盖一定居住人口的热力管网以及支撑该人群取暖热负荷的集中热源。以水为载体,将热源生产的热沿着热力管网输送至各个居住小区,而在小区内建设独立的二次网循环系统,通过换热机组将热力主管网的热交换至二次网,通过二次网在住宅中的循环散热,保证住户室内在寒冷的冬季保持温暖舒适,从而将热源生产的热消费掉。因此,城镇供热系统有两大特点:供热系统网络化、覆盖人口密集区。这两大特点,决定了城镇供热系统在信息化过程中非常适用基于运营商的物联网络。即NB-IoT协议。

    运营商的蜂窝网络覆盖了全球超过50%的地理面积,90%的人口,是一张覆盖最为完整的网络。因此,基于运营商的物联网协议非常适合包括城镇供热在内的城市公共事业服务的信息化建设。



    图片来源:瑞典Nxity

    当前,5G作为我国国家战略,5G网络的建设走在世界各国之前,三大运营商已经完成NB-IoT协议在现有4G网络中的部署,全国范围内已经可以商用。而在5G网络中,本身就包含NB-IoT协议。因此可以说,在中国,基于NB-IoT协议的物联网,已经完全可以商用。


    NB-IoT云控阀在智慧供热中如何应用

    在城镇供热若干年的信息化进程中,换热站自控以及热力管网的水力计算一直是核心业务系统。系统管理控制的思路是热源的负荷预测,以及一次管网的热负荷分配。而随着智慧供热概念的提出,以及互联网、大数据、云服务等新技术的推动,城镇供热企业作为传统工业生产企业,已经可以改变看天生产的粗犷管理方式,通过信息化系统,物联网技术,热消费侧的各种设备数据采集精确把握用户用热需求,通过实时控制设备来实现真正意义上的按需供热,达到二次网水力平衡调节,减少过量供热的浪费现象,不但能够大幅节能,而且为北方城市的冬季减霾做出贡献。

    基于末端控制的调节思路如下图:




    过量供热:顶底边用户用热需求不同,供热不均

    解决方案:通过智能云控阀(NB-IoT)调节达到用热平衡,按需供热。

    智能云控阀作为末端能效调节设备,不仅仅能够节能增效,相当程度上也能够提升供热公司针对热用户的服务功能,在实现更精细的用户管理基础上,最大限度地减少人力成本。

    服务更专业

    智能云控阀不仅仅具备流量调节功能,同时采集热用户回水温度,结合热用户所在换热站的运行数据,例如二次网供温、循环泵运行频率,二次网供压等数据,在云端进行运算,让运维人员更了解用户,了解热用户的实时用热情况,从而提升热用户的体验和感受。

    管理更规范

    智能云控阀同时具备锁闭阀的一切功能,因此,与供热公司的缴费系统、客服系统结合,可以通过云控阀实现更精细,更规范的管理。例如对于欠费用户,可以通过阀门限制热用户的用热,控制室温,达到催缴的目的。对于报停用户,可有效的关断热供给,进一步减少热浪费。

    运维成本更低

    智能云控阀作为一个物联网设备,基于运营商网络,保持永久连接状态,运维人员通过Web,手机APP随时可以到达该设备。从而大大减少运维人员跑用户、跑站、与用户当面沟通等高运维成本。

    智慧供热给供热行业带来的变革

    所谓智慧供热,即利用当今先进的互联网+、物联网、大数据、云服务等产品技术,改变传统供热企业粗放的生产及管理运营方式,提高能源利用效率,实现数据支撑下的按需供热,大大减少过量供热等能源浪费。要知道,我国北方城市一个冬天的供热能源消耗,和英国全国一年所有能源消耗相当。只有热用户用热、供热企业供热更精细、更智慧,让每一份热发挥价值,我们才能真正建设节约型社会,才能让人们享受冬日温暖的同时,还大家青山绿水。

    如何利用物联网、云服务、大数据等先进技术,我们认为,首先,要改变供给侧节能的思路,从末端控制着手,每栋建筑的建筑年代、建筑特性、节能保温效率、每户家庭的面积、朝向、用热习惯等都不相同,因此,必须对每户家庭热供给进行调节控制,才能真正实现按需供热,不浪费每一份热。而当前的物联网技术,云服务技术,为我们实现真正的智慧供热提供了可能。

    每一户家庭的入户管道上加装基于NB-IoT协议的智能云控阀,每个智能阀都通过运营商网络连接云端,向云端调度控制服务上传数据,并响应指令,进行用热调节。根据该家庭的面积、朝向、天气影响、甚至用户行为习惯等参数,根据用户实际用热需求实时调节家庭用户的热供给,让用户在满足室内舒适恒温的基础上充分节能。

    由于供热系统的时延特性及网络化特征,末端进行调节后,对应的二次网系统,换热站各个设备也需要实时随动,即换热站也需要根据小区实际用热从一次管网取热,一次管网热供给通过换热站中的一次网电动调节阀门完成,由智慧供热平台通过云端向换热站中的控制系统下发指令,完成调节。一次管网中的每个小区,即每个换热站根据实际用热需求调节后,参数继续向上反馈,由云端智慧大脑通知热源生产系统(DCS),这样,热源系统得到的生产负荷是最接近实际需求,具有实时数据支撑的精确调度目标。通过整个云端智慧大脑对于完整供热网络环节的实时调节和调度。完成智慧的按需供热。如下图:




    随着物联网设备在城镇供热领域的普及,以及城镇供热智慧大平台的建设,未来城镇供热必将发展成为一个智慧的、全覆盖的、实时可控的、高效节能的城市公共事业服务网络。一个连接整个管网设备,连接所有运维人员、管理人员、决策人员的智慧大系统。

    智慧供热发展路线图

    城镇供热作为一个高度复杂的大延时系统,仅仅依靠系统各个环节的人力经验实现智慧化管理是很难的。因此,大数据及AI(神经网络及机器学习)将会发挥巨大作用。

    基于物联网、云服务等技术,我们能够实现城镇供热系统的实时监测与控制,那么,如何让系统更智慧,就需要更多的数据积累,需要大数据与机器学习等AI技术的应用。例如对于热用户的室温推测,对于热用户室温影响的因素很多:

    户内供热数据:户型、面积、朝向、采暖方式(地热、)回水温度等

    相邻用户数据:左邻、右邻,及上下相关热用户的户内数据

    小区建筑数据:小区所在维度、小区入住率、建筑外墙保温数据等

    气象信息:历史温度数据、实时温度数据、天气预报数据,阴晴日照数据、风速等

    可以看到,以上多种数据对建筑用热需求均有影响。因此,引入大数据及AI技术应用是非常必要的。智慧供热系统需要不断的积累、完善,通过对系统内各种历史数据、天气变化、以及不同建筑用热特征等积累数据进行自学习,建立相应的模型,采用机器学习的优化算法,不断完善,让系统更智慧。

    实际上,大数据技术应用并不是只应用于数据大,而是需要满足以下两个条件:

    数据在一定的范围内足够完整

    小区供热二次管网涉及到的换热站、机组、楼前设备、户内设备监控数据,热用户缴费数据,热用户户型、面积、朝向以及居住人口等用热数据等组成了一个完整的供热、用热系统,并且我们现有的技术手段,能够收集和获得这些数据。

    数据能够持续不断产生

    城镇供热系统中,各个设备的数据是具备生长性的,这些设备上的数据源源不断地生成,而且不仅是物联设备数据,系统中运维人员的行为数据,决策人员的操作数据等,都会进入云平台进行数据复用,产生价值。(揽月云平台仅数千个换热站设备数据,18-19采暖季数据记录突破100亿条)

    因此,城镇供热系统完全具备大数据的应用基础,而作为一个综合性、复杂的、具备显著时延特点的大数据系统,基于大数据的AI技术,即神经网络与机器学习,将会在这个领域大展身手。让系统中的每个阀门、每个泵等受控设备的每一次调控,背后都是通过AI学习过的虚拟专家的智慧决策,这才是真正意义上的智慧供热。

    我们期待大数据及AI技术能够在城镇供热及其他社会公共事业服务领域广泛应用,通过先进技术的应用,降低社会综合成本,为建设真正节约型城市和社会出力。

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