Удаленный мониторинг обеспечивает невероятную эффективность городских систем теплоснабжения

I. Введение

А. Решающая роль городских систем теплоснабжения

Надежное и адекватное решение городского теплоснабжения имеет решающее значение для обеспечения комфорта, производительности и экономической активности современных городов и их жителей. Этому требованию удовлетворяют различные типы систем теплоснабжения, включая сети централизованного теплоснабжения, которые подают тепло, вырабатываемое в центральном месте, в несколько зданий, а также индивидуальные решения отопления, такие как котлы в каждом здании.

Городские системы централизованного теплоснабжения распределяют тепло, вырабатываемое централизованно, через сеть изолированных труб в жилые и коммерческие здания по всему городу. В качестве теплоносителя используется пар или горячая вода при обычных температурах от 50°C до 120°C. Эти системы обеспечивают большую эффективность и регулирование по сравнению с отдельными котлами и помогают сократить выбросы парниковых газов в городах. Многие европейские города широко используют централизованное теплоснабжение для удовлетворения более половины потребностей в отоплении.

Системами теплоснабжения также могут служить индивидуальные газовые котлы или котлы на биомассе, а также электроотопление, установленное непосредственно в зданиях. Однако их эффективность и уровень выбросов обычно неоптимальны. В таких системах также отсутствуют возможности активного мониторинга и регулирования.

Городские экологически чистые решения, такие как рекуперация отработанного тепла и геотермальная энергия, получают все большее распространение в городах для удовлетворения потребностей в тепле экологически безопасным способом. Однако их экономическая целесообразность зависит от наличия и местных географических условий. Для более широкого внедрения необходимо использовать такие технологические возможности, как удаленный мониторинг.

B. Проблемы традиционных методов мониторинга

Хотя теплоснабжение отвечает важнейшим требованиям городской жизни, традиционные методы имеют существенные ограничения в мониторинге и поддержании этих сложных систем в оптимальных условиях. Ручное снятие показаний счетчиков, проверка трубопроводов и оборудования пешком или на транспортных средствах на предмет утечек, повреждений или коррозии требует много времени, затрат и оказывается недостаточным для современных умных городов.

Такой ручной периодический мониторинг имеет очень низкую степень детализации данных из-за его редкости и запаздывания. Критические события, такие как утечки или ненормальное функционирование, могут оставаться незамеченными в течение длительного времени, что приводит к перерасходу энергии, повреждениям и сбоям в снабжении. Сбор долгосрочных данных и анализ тенденций также недостаточны для понимания моделей использования и динамической оптимизации операций. Общая неэффективность существенно увеличивает эксплуатационные расходы.

Существуют также серьезные риски для безопасности и опасности, связанные с ручной проверкой подверженной утечкам трубопроводной инфраструктуры, по которой проходит пар или горячие жидкости. Ограничения, связанные с неблагоприятными погодными условиями, еще больше усугубляют проблемы с надежностью. Современным городам необходима сложная и сетевая инфраструктура мониторинга городского теплоснабжения для обеспечения эксплуатационной эффективности, безаварийного планирования и устойчивости.

II. Представляем технологию удаленного мониторинга

А. Что такое удаленный мониторинг?

Удаленный мониторинг относится к технологии и набору решений, позволяющих непрерывно наблюдать и отслеживать устройства, системы или целые промышленные процессы из удаленных мест. Он основан на установке обширной системы датчиков на оборудовании и трубопроводах в сочетании с оборудованием проводной или беспроводной связи для автоматической передачи данных датчиков в центральное место.

Передовые программные системы затем собирают, хранят, анализируют и помогают визуализировать эти данные, применяя интеллектуальные алгоритмы, прогнозную аналитику и методы машинного обучения. Удаленный мониторинг создает цифровых двойников физических активов и использует автоматизацию и саморегулирование везде, где это возможно. Операторы получают полезную информацию на основе обширной аналитики для активной оптимизации производительности.

Б. Преимущества дистанционного мониторинга в системах теплоснабжения

Внедрение хорошо продуманных решений дистанционного мониторинга городских систем теплоснабжения позволяет получить несколько основных преимуществ, перечисленных ниже:

  1. Повышенная эффективность и оптимизация:

Непрерывные данные из всех критических точек позволяют устанавливать динамические базовые показатели и определять возможности оптимизации. Модуляция мощности насосов, профилактическое обслуживание оборудования и обнаружение аномального потребления приводят к экономии энергии на 5–15%. Комбинированные теплоэнергетические системы также повышают эффективность. Системы централизованного холодоснабжения, использующие рекуперацию отходящего тепла, могут быть продуктивно интегрированы. Общие эксплуатационные расходы существенно снижаются.

  1. Улучшенное обслуживание и прогнозируемый ремонт:

Прогнозный анализ данных расширенных датчиков, таких как вибрация, колебания температуры и т. д., позволяет своевременно оценить риск отказа оборудования, такого как теплообменники, для профилактического ремонта. Это увеличивает срок службы и надежность активов, одновременно оптимизируя затраты на техническое обслуживание более чем на 20%. Время простоя сокращается на 30–40 %, поскольку потенциальные проблемы выявляются раньше. Устаревшие системы также можно легко дооснастить оборудованием для мониторинга.

  1. Повышенная безопасность и защищенность:

Системы обнаружения утечек, оснащенные датчиками влажности, шума и газа, обеспечивают точность более 90% при своевременном обнаружении утечек пара или воды в длинных трубопроводах. Это предотвращает крупные повреждения трубопроводов, сбои в работе бизнеса и повышенную угрозу безопасности работников и граждан. Непрерывный мониторинг контейнеров также сводит к минимуму риски разлива из термальных резервуаров. Видеотрансляции и обнаружение вторжений обеспечивают безопасность периметра.

  1. Принятие решений на основе данных:

Анализ тенденций моделей потребления, износа активов и эксплуатационных затрат позволяет принимать решения на основе данных для планирования спроса и предложения, требований к логистике и хранению, а также планирования модернизации инфраструктуры. Планирование интеграции возобновляемых источников энергии, таких как солнечная, геотермальная энергия и системы рекуперации отработанного тепла, также становится более точным.

III. Внедрение решений для удаленного мониторинга

А. Выбор правильной технологии:

Поставщики решений для городского теплоснабжения должны оценить и внедрить лучшие датчики мониторинга, инфраструктуру подключения и возможности внутреннего программного обеспечения, подходящие для их масштаба и типа операций, среди широкого спектра вариантов, доступных от различных поставщиков технологий по всему миру.

Сенсорные системы мониторинга теплоснабжения обычно включают в себя:

городские зеленые решения

  • Датчики температуры и давления на трубопроводах, резервуарах для хранения, клапанах, насосах и другой инфраструктуре для обнаружения проблем. Дополнительные датчики обнаружения утечек устанавливаются в критических соединениях, склонных к образованию трещин или коррозии.
  • Датчики вибрации, шума и электрических параметров для профилактического обслуживания вращающегося оборудования, такого как турбины и насосы.
  • Расходомеры, теплосчетчики и анализаторы качества пара для количественного определения потерь и потребления.
  • Видеонаблюдение с возможностью использования дронов или роботов помогает при внешнем осмотре трубопровода.

Протоколы проводных датчиков промышленного уровня, такие как 4G/20 мА, WirelessHART, ISA100, являются предпочтительными для надежного сбора данных в обширных инфраструктурах, типичных для сетей централизованного теплоснабжения. Технологии передачи данных на большие расстояния с низким энергопотреблением, такие как LoRaWAN или Sigfox, подходят для отдельных источников отопления или участков внешних трубопроводов. Облачные платформы Интернета вещей упрощают анализ.

Б. Системная интеграция и управление данными:

Бесшовная интеграция с существующими распределенными системами управления, историческими базами данных, программным обеспечением для выставления счетов и аналитическими платформами необходима для интуитивной визуализации и единой стратегии управления данными. Удобные панели мониторинга с настраиваемыми ключевыми показателями эффективности, интеллектуальными уведомлениями и отчетами о соответствии требованиям обеспечивают эффективный контроль.

Защищенные от несанкционированного доступа хранилища данных с поддержкой блокчейна повышают безопасность и прозрачность транзакций, одновременно обеспечивая контролируемый обмен анонимными операционными данными между организациями для взаимной выгоды посредством сравнительного анализа. Экспертная техническая поддержка и передовые методы обеспечения кибербезопасности жизненно важны для развертывания современных функций мониторинга без нарушения доступности городского теплоснабжения.

IV. Тематические исследования и приложения

Ниже приведены примеры решений мирового уровня для удаленного мониторинга, обеспечивающие большую эффективность, экономию средств и устойчивость районных энергетических систем:

Стокгольм:

Сеть централизованного теплоснабжения и охлаждения Fortum, обслуживающая более 1 миллиона жителей, использует технологию LoRaWAN для беспроводного подключения более 15 000 датчиков температуры в подземной распределительной сети для обнаружения тепловых потерь. Это позволяет быстрее выявлять и устранять дефекты и утечки изоляции труб, что приводит к предполагаемой экономии энергии в размере 60-80 ГВтч в год.

Торонто:

Система охлаждения воды Deep Lake от Enwave использует холодную воду озера для устойчивого охлаждения более чем 100 зданий в центре города, сокращая потребление электроэнергии на 75% по сравнению с обычными кондиционерами. Мониторинг на основе Интернета вещей позволяет оптимизировать потребности в насосах в соответствии с колебаниями спроса, что способствует дополнительной экономии энергии на 10% в год.

Paris:

Climespace использует тепло, рекуперированное из промышленных источников и центров обработки данных, для удовлетворения потребностей в кондиционировании воздуха через свои городские сети охлаждения. Промышленный шлюз 5G EDGE контролирует аналитику оборудования для своевременного технического обслуживания, а детекторы утечек минимизируют потери в трубопроводной инфраструктуре, длина которой превышает 200 км. Это способствует повышению показателей эффективности более чем на 20%.

Промышленный периферийный шлюз AR7091GK: применение интеллектуальных решений по управлению лифтами

Копенгаген:

Компания Greater Copenhagen Utility использует дроны, оснащенные тепловизионными камерами, для удаленного контроля своей обширной сети централизованного теплоснабжения. Это повысило эффективность проверки более чем на 50 % по сравнению с предыдущими ручными подходами, помогая быстрее обнаруживать утечки и обеспечивая прогнозируемый ремонт посредством анализа тепловых структур в местах повреждений, чтобы минимизировать перебои в поставках.

V. Решение проблем безопасности при удаленном мониторинге

Несмотря на то, что удаленный мониторинг открывает множество возможностей повышения эффективности инфраструктуры теплоснабжения, адекватные стратегии кибербезопасности должны быть включены прямо на этапе проектирования для устранения уязвимостей данных.

A. Риски кибербезопасности и стратегии их смягчения:

Удаленно доступное сенсорное оборудование и передаваемые данные могут подвергаться внешним атакам, направленным на проникновение в оперативную инфраструктуру. Исторически сложилось так, что сетевым компонентам не хватает встроенных функций безопасности на заводах и в физических активах. Конфиденциальная информация, такая как данные клиентов или стратегические источники тепла, может быть подвержена краже.

Всесторонняя оценка уязвимых мест, возможных механизмов взлома, мотивов и последствий должна стать основой для развертывания системы кибербезопасности. Постоянные передовые методы, такие как зашифрованные протоколы для передачи данных, многофакторная аутентификация, строгие межсетевые экраны и системы предотвращения вторжений, регулярно обновляемые с помощью симулированных тестов атак, защищают платформы удаленного мониторинга. Проверка целостности оборудования, безопасное удаленное обновление встроенного ПО, контролируемый доступ для обслуживания и физическое наблюдение защищают полевое оборудование.

VI. Будущее дистанционного мониторинга в городском теплоснабжении

А. Новые тенденции и достижения:

Посмотрите в будущее, основанное на искусственном интеллекте, где платформы удаленного мониторинга будут использовать алгоритмы машинного обучения на совокупных данных, чтобы обеспечить автономную оптимизацию и прогнозное моделирование районных энергетических операций с минимальным вмешательством человека. Интегрированное планирование с помощью инструментов ГИС и моделей цифровых двойников будет тщательно направлять расширение инфраструктуры, используя потоки отходящего тепла, дополненные возобновляемыми источниками.

Облачные решения, использующие распределенные реестры, позволяют мелким производителям также легко подключаться к существующим сетям, обеспечивая при этом бесперебойные поставки за счет отслеживания транзакций. Унифицированные уровни данных, плавно интегрирующие изолированные устаревшие системы централизованного теплоснабжения и предоставляющие политикам доступ к агрегированной анонимной информации, поддерживают переход к устойчивым и устойчивым цепочкам поставок тепла в городах.

B. Путь к устойчивым и устойчивым городам:

Городские системы теплоснабжения обладают преобразующим потенциалом, помогая современным городам перейти на более чистые и устойчивые к изменению климата траектории, соответствующие глобальным целям устойчивого развития. Удаленный мониторинг открывает огромную ценность в качестве инструмента оптимизации при цифровом подключении локализованных распределенных активов к интегрированным интеллектуальным сетям.

Повышенная эффективность значительно снижает затраты, выбросы и топливную бедность граждан. Автоматизированная модуляция, сбалансированная с гибким реагированием на спрос, обеспечивает более высокую интеграцию возобновляемых источников энергии. Снижение тепловых потерь и рисков утечек также снижает угрозу общественной безопасности в городах. Поскольку последствия изменения климата будут ухудшаться, устойчивые и адаптируемые тепловые сети, рассчитанные на будущее благодаря мониторингу на основе данных, обеспечивают городскому населению значительный комфорт.

VII. Часто задаваемые вопросы (FAQ)

Q1. Каковы первоначальные затраты, связанные с внедрением системы удаленного мониторинга?

Типичная система дистанционного мониторинга требует около 15-20% дополнительных капитальных затрат по сравнению с базовой инфраструктурой теплоснабжения. Однако регулярная экономия за счет постоянного совершенствования процессов часто приводит к окупаемости менее чем за 3 года, за которой следует существенно более высокая экономическая эффективность на протяжении всего срока службы актива. Технологические достижения также продолжают снижать затраты на датчики и интеграцию.

Q2. Как удаленный мониторинг обеспечивает конфиденциальность данных для отдельных потребителей?

Строгие протоколы анонимизации данных, стандарты шифрования для каналов связи, контролируемый доступ и меры кибербезопасности защищают риски потери конфиденциальности, в то же время позволяя использовать агрегированные или разрозненные данные для повышения эффективности работы коммунальной инфраструктуры без раскрытия личности пользователя или конкретных моделей потребления.

Q3. Какой уровень технических знаний необходим для эксплуатации системы удаленного мониторинга?

В то время как датчики и подключение к Интернету вещей обеспечивают простоту подключения через облачные сервисы, для получения действенного интеллекта потребуются специалисты по данным или эксперты по энергетике, знакомые с системами отопления, для настраиваемой аналитики и информационных панелей, привязанных к показателям производительности. Полностью управляемые решения учитывают и эти аспекты.

Q4. Как я могу быть уверен, что данные, собранные посредством удаленного мониторинга, точны и надежны?

Авторитетные поставщики систем удаленного мониторинга промышленного уровня проходят строгие испытания качества с учетом расширенных допусков к воздействию окружающей среды на предмет долговечности и обеспечения бесперебойной надежности данных в течение длительных периодов времени. Встроенные датчики контролируют состояние оборудования, а независимые шлюзы проверки подтверждают целостность данных.

Q5. Можно ли интегрировать удаленный мониторинг с существующими системами управления зданием?

Функциональная совместимость является ключом к целостному пониманию, платформы Интернета вещей с открытой архитектурой позволяют интегрировать через стандартные интерфейсы данные систем отопления, вентиляции и кондиционирования, электроснабжения, занятости и других систем объекта, где это возможно, для консолидированного мониторинга и управления с помощью настраиваемых информационных панелей. Маркировка данных также позволяет выполнять сегментацию по зданию, этажу или любому логическому параметру.

VIII. Заключение

Появление передовых решений удаленного мониторинга с поддержкой Интернета вещей быстро меняет управление критически важной городской инфраструктурой теплоснабжения. То, что раньше требовало интенсивного ручного контроля и при этом оставалось непрозрачным, теперь может использовать автоматизацию с автокоррекцией, прозрачность и возможности прогнозирования.

Поскольку потребности в энергии постоянно растут на фоне необходимости ограничения выбросов, такой интеллектуальный мониторинг открывает огромный потенциал для системной эффективности и устойчивости, одновременно защищая важнейшую городскую инфраструктуру от неопределенностей, связанных с изменением климата. Сроки окупаемости относительно короткие, а возможности продолжают расширяться за счет использования ИИ и распределенных систем.

Первые пользователи уже отмечают улучшение эксплуатационных показателей, связанных с затратами, надежностью, безопасностью и выбросами, более чем на 20%. Следовательно, поставщики городского теплоснабжения должны срочно использовать платформы удаленного мониторинга в качестве стратегической инвестиции в оптимизацию посредством соответствующих партнерских отношений с поставщиками и дорожных карт решений для долгосрочной устойчивости. Мы надеемся, что более глубокое понимание устойчивости среди населения также будет способствовать более быстрому принятию политики на уровне.