一、背景
隨著科學技術的發展，供熱管網的自動化程度越來越高，供熱企業迫切需要對整個供熱管網的各個關鍵節點進行有效的遠程監測。然而由于市政建設的前瞻性，許多需要監測的管網關鍵節點沒有就近的供電線路，長距離鋪設供電線纜對于市政建設尤其對供熱公司是一個巨大的難題，不僅工程復雜、費用太高，而且維護十分困難，該問題一直困擾著許多供熱企業。
二、可行性分析
面對這個困擾供熱企業的難題，石家莊華電供熱集團有限公司積極探索新的技術方案，太陽能光伏系統隨著該問題的提出被擺上了日程。由于太陽光伏系統是最近幾年才發展的新生技術，雖然在路燈方面有許多應用，可是路燈對電源供電質量的要求并不高，電壓上下起伏波動對于路燈照明的影響不大，然而管網監測則不同。管網監測中都是精密儀表，對電源的供電質量有很高的要求。綜合考慮，主要面臨如下問題：
2.1 供電質量能否滿足要求。管網監測所有儀表總計需要多大負荷，電壓波動多大，接入負載后，壓降多大，線路抗干擾能力如何。這些技術參數在市政供電情況下是可以不考慮的，用太陽能供電必須考慮，而且需要測試。
2.2 測量儀表的工作可靠性是否能滿足要求。管網監測需要有流量表、壓力表、溫度表，同時還要有二次積算儀表（下稱二次表）。這些儀表的用光伏系統供電是否能正常工作，計量是否有偏差。這些也是需要在選型時重點考慮的問題。
2.3 現場環境是否能滿足光伏系統和儀表的要求。由于熱水管網一般都深埋在地下幾米的地方，這些地方一般都高溫、潮濕，這對于光伏系統和現場儀表也提出了更高的要求。
2.4 無線通訊系統是否能適應光伏系統供電的需求。由于我公司采用的無線通訊系統是中國移動的GPRS，無線通訊對于電源的要求一般比較苛刻，需要大的壓降和大電流的變化。經測試，無線modem在收發數據時最高峰值電流能達到200mA左右，而一般待機狀態下只有17mA左右，同時電壓可能從4.6V下降到3.3V，這些苛刻的條件對電源供電都提出了很高的要求。
三、解決方案
3.1 選用低功耗高可靠性的儀表。通過以上分析，我們對儀表的選型做了認真的分析。首先儀表要求低功耗，不能象普通交流供電那樣不考慮能源浪費；其次要求穩定，特別是在高溫，供電質量不好的情況下，要能穩定的工作。不要求該儀表的精度有多高，只要求該儀表能穩定工作，特別是在現有光伏系統供電情況下穩定工作。經過近20個廠家的產品比較分析、測試，特別是高溫、電源供電質量不穩定情況下的測試，最終確定現有系統儀表。該溫度壓力表可以在高達70度溫度情況下穩定工作（經過實際測試），可以在5-24V的直流供電環境下穩定工作，正常工作時只有7mW的功率，平時可以用一節鋰電池供電。
3.2 選用性能穩定的光伏系統和充放電控制器。由于光伏系統在晝夜光照變化時，供電變化非常大，在日照強的中午左右，光電板可以達到20V以上的充電電壓；在深夜基本是放電，一般充電電壓只有0.2V。因此在這樣大電壓跨度的情況下，保證系統穩定可靠工作，需要有性能穩定的充放電控制器，同時需要能遠程監控電池和光電板的工作情況，以便及時處理異常情況。
3.3 現場儀表需要有高的防護等級，至少在IP65以上的防護等級，以便應對管網高溫潮濕的環境。蓄電池也要求全密封、免維護，防止進水等情況造成短路。
四、方案詳述
4.1 方案敘述
太陽能光伏系統畢竟供電能力有限，不能象市電那樣無所顧忌。經過認真計算，發現太陽能光伏系統如果大于200W時，電池板的面積已經比較大了，單獨用一個獨立的燈桿，支撐就有了很大困難，因此必須保證太陽能光伏系統電池板的充電不能大于200W，才能適應這一要求。光電板200W時，負載的功耗不能超過18W，才能保證負載連續穩定工作，這樣，原來在市電情況下采用的二次表采集溫度、壓力、流量等信號的方式，就不宜采用。傳統采集方式單獨一個二次表的耗電就高達30W左右，同時接入二次表的溫度表，壓力表由于是電流信號，耗電也比較大，在4W左右，這還沒有算流量表的功耗。這樣看來，傳統市電方式的系統遠遠不能滿足現有系統需求，必須重新對儀表進行選型，同時放棄原來采用二次表的方式，尋找新的方式。
485總線是在工業上普遍采用的可靠穩定的數據通訊方式，該方式功耗低，穩定性強，接線方式簡單，傳輸距離遠，支持設備的范圍廣，任何節點的事故不會影響到整個總線上其它節點的通訊，因此該方式一個比較理想選擇。另外，如果總線上所有設備都支持485通訊，可以完全放棄用二次表，這對于采用太陽能光伏系統有限供電能力的情況下，是一個不錯的選擇。
4.2 網絡結構圖---略
4.3 各個部分敘述
◇ 一次表我們都采用低功耗，支持485通訊的儀表。這樣，降低功耗的同時也免去了用二次表的工作。由于在地下工作，一次表必須穩定可靠，不需要人工維護，否則維護量也是一個很大的開支。
◇ 太陽能光伏系統控制器也要求穩定可靠，功耗低，同時也要求支持485通訊，這樣，遠程可以隨時查看太陽能光伏系統的耗電情況，及時發現電池饋電、過充，控制器故障等問題的發生。滿足上述要求就不能選用普通的路燈用太陽能控制器，必須選用高穩定，支持485通訊的控制器。
◇ 蓄電池選用大容量、免維護蓄電池，這樣就省去了日常維護的麻煩，穩定可靠的工作。
◇ 無線通訊終端也要求日常待機模式，這樣在完成通訊任務后進入待機狀態，以有效減少功耗。由于免去用二次表，數據采集工作改為由通訊終端完成，因此Modem就必須修改程序，適應采集數據和485總線的通訊需求。
五、實際效果及優勢
通過該系統近三個月的應用，達到了預期的效果。與傳統方式相比，有無可比擬的優勢，對于華電管網監測起到了重要的作用：
5.1 解決供熱公司管線監測沿程供電問題。供熱管網管線長，覆蓋范圍大，沿線供電問題一直是困擾供熱企業多年的難點。該方案的探索及實施，有效解決了供熱企業管線沿線的供電問題，為供熱企業對于供熱管網沿程監測提供了可靠有力的保證。
5.2 太陽能供電節能、環保、安全。在國家能源日益緊張的大背景下，從日常生產中節約每一份能源，都是對國家可持續發展的有力支持。太陽能系統在供熱企業的成功利用，有力的支持了國家的節能建設。同時，太陽能系統環保，不造成任何污染，沒有交流電漏電、接地等安全問題，是行之有效的能源利用方式。
5.3 低功耗，高可靠性儀表的成功運用。傳統測量儀表耗電量都比較高，低功耗產品一直有精度不夠，不能穩定工作的疑慮。該系統的實施，再一次有力證明在技術發展日新月異的今天，只有敢于接收新技術，面對新技術才能享受新技術帶給日常生產管理的豐碩成果。
5.4 數字通訊方式的成功運用。原有傳統一次表和二次表之間信號采集，一般采用電流或電壓信號，該信號由于是模擬信號，傳輸距離都線路和環境的影響比較大。本系統由于在一次表和通訊終端之間完全采用485通訊總線方式，一定程度上解決了一次表和二次表之間信號采集的線損問題，對于一次表信號的采集方式是一種有力的探索。
六、結束語
太陽能光伏系統在供熱管網監測中的成功運用，是石家莊華電供熱集團有限公司對于新技術的有力嘗試，是對國家節能環保建設的有力支持。面對日益緊張的能源危機，該系統必將得到廣泛的推廣，從而帶來可觀的經濟效益和社會效益。
隨著科學技術的發展，供熱管網的自動化程度越來越高，供熱企業迫切需要對整個供熱管網的各個關鍵節點進行有效的遠程監測。然而由于市政建設的前瞻性，許多需要監測的管網關鍵節點沒有就近的供電線路，長距離鋪設供電線纜對于市政建設尤其對供熱公司是一個巨大的難題，不僅工程復雜、費用太高，而且維護十分困難，該問題一直困擾著許多供熱企業。
二、可行性分析
面對這個困擾供熱企業的難題，石家莊華電供熱集團有限公司積極探索新的技術方案，太陽能光伏系統隨著該問題的提出被擺上了日程。由于太陽光伏系統是最近幾年才發展的新生技術，雖然在路燈方面有許多應用，可是路燈對電源供電質量的要求并不高，電壓上下起伏波動對于路燈照明的影響不大，然而管網監測則不同。管網監測中都是精密儀表，對電源的供電質量有很高的要求。綜合考慮，主要面臨如下問題：
2.1 供電質量能否滿足要求。管網監測所有儀表總計需要多大負荷，電壓波動多大，接入負載后，壓降多大，線路抗干擾能力如何。這些技術參數在市政供電情況下是可以不考慮的，用太陽能供電必須考慮，而且需要測試。
2.2 測量儀表的工作可靠性是否能滿足要求。管網監測需要有流量表、壓力表、溫度表，同時還要有二次積算儀表（下稱二次表）。這些儀表的用光伏系統供電是否能正常工作，計量是否有偏差。這些也是需要在選型時重點考慮的問題。
2.3 現場環境是否能滿足光伏系統和儀表的要求。由于熱水管網一般都深埋在地下幾米的地方，這些地方一般都高溫、潮濕，這對于光伏系統和現場儀表也提出了更高的要求。
2.4 無線通訊系統是否能適應光伏系統供電的需求。由于我公司采用的無線通訊系統是中國移動的GPRS，無線通訊對于電源的要求一般比較苛刻，需要大的壓降和大電流的變化。經測試，無線modem在收發數據時最高峰值電流能達到200mA左右，而一般待機狀態下只有17mA左右，同時電壓可能從4.6V下降到3.3V，這些苛刻的條件對電源供電都提出了很高的要求。
三、解決方案
3.1 選用低功耗高可靠性的儀表。通過以上分析，我們對儀表的選型做了認真的分析。首先儀表要求低功耗，不能象普通交流供電那樣不考慮能源浪費；其次要求穩定，特別是在高溫，供電質量不好的情況下，要能穩定的工作。不要求該儀表的精度有多高，只要求該儀表能穩定工作，特別是在現有光伏系統供電情況下穩定工作。經過近20個廠家的產品比較分析、測試，特別是高溫、電源供電質量不穩定情況下的測試，最終確定現有系統儀表。該溫度壓力表可以在高達70度溫度情況下穩定工作（經過實際測試），可以在5-24V的直流供電環境下穩定工作，正常工作時只有7mW的功率，平時可以用一節鋰電池供電。
3.2 選用性能穩定的光伏系統和充放電控制器。由于光伏系統在晝夜光照變化時，供電變化非常大，在日照強的中午左右，光電板可以達到20V以上的充電電壓；在深夜基本是放電，一般充電電壓只有0.2V。因此在這樣大電壓跨度的情況下，保證系統穩定可靠工作，需要有性能穩定的充放電控制器，同時需要能遠程監控電池和光電板的工作情況，以便及時處理異常情況。
3.3 現場儀表需要有高的防護等級，至少在IP65以上的防護等級，以便應對管網高溫潮濕的環境。蓄電池也要求全密封、免維護，防止進水等情況造成短路。
四、方案詳述
4.1 方案敘述
太陽能光伏系統畢竟供電能力有限，不能象市電那樣無所顧忌。經過認真計算，發現太陽能光伏系統如果大于200W時，電池板的面積已經比較大了，單獨用一個獨立的燈桿，支撐就有了很大困難，因此必須保證太陽能光伏系統電池板的充電不能大于200W，才能適應這一要求。光電板200W時，負載的功耗不能超過18W，才能保證負載連續穩定工作，這樣，原來在市電情況下采用的二次表采集溫度、壓力、流量等信號的方式，就不宜采用。傳統采集方式單獨一個二次表的耗電就高達30W左右，同時接入二次表的溫度表，壓力表由于是電流信號，耗電也比較大，在4W左右，這還沒有算流量表的功耗。這樣看來，傳統市電方式的系統遠遠不能滿足現有系統需求，必須重新對儀表進行選型，同時放棄原來采用二次表的方式，尋找新的方式。
485總線是在工業上普遍采用的可靠穩定的數據通訊方式，該方式功耗低，穩定性強，接線方式簡單，傳輸距離遠，支持設備的范圍廣，任何節點的事故不會影響到整個總線上其它節點的通訊，因此該方式一個比較理想選擇。另外，如果總線上所有設備都支持485通訊，可以完全放棄用二次表，這對于采用太陽能光伏系統有限供電能力的情況下，是一個不錯的選擇。
4.2 網絡結構圖---略
4.3 各個部分敘述
◇ 一次表我們都采用低功耗，支持485通訊的儀表。這樣，降低功耗的同時也免去了用二次表的工作。由于在地下工作，一次表必須穩定可靠，不需要人工維護，否則維護量也是一個很大的開支。
◇ 太陽能光伏系統控制器也要求穩定可靠，功耗低，同時也要求支持485通訊，這樣，遠程可以隨時查看太陽能光伏系統的耗電情況，及時發現電池饋電、過充，控制器故障等問題的發生。滿足上述要求就不能選用普通的路燈用太陽能控制器，必須選用高穩定，支持485通訊的控制器。
◇ 蓄電池選用大容量、免維護蓄電池，這樣就省去了日常維護的麻煩，穩定可靠的工作。
◇ 無線通訊終端也要求日常待機模式，這樣在完成通訊任務后進入待機狀態，以有效減少功耗。由于免去用二次表，數據采集工作改為由通訊終端完成，因此Modem就必須修改程序，適應采集數據和485總線的通訊需求。
五、實際效果及優勢
通過該系統近三個月的應用，達到了預期的效果。與傳統方式相比，有無可比擬的優勢，對于華電管網監測起到了重要的作用：
5.1 解決供熱公司管線監測沿程供電問題。供熱管網管線長，覆蓋范圍大，沿線供電問題一直是困擾供熱企業多年的難點。該方案的探索及實施，有效解決了供熱企業管線沿線的供電問題，為供熱企業對于供熱管網沿程監測提供了可靠有力的保證。
5.2 太陽能供電節能、環保、安全。在國家能源日益緊張的大背景下，從日常生產中節約每一份能源，都是對國家可持續發展的有力支持。太陽能系統在供熱企業的成功利用，有力的支持了國家的節能建設。同時，太陽能系統環保，不造成任何污染，沒有交流電漏電、接地等安全問題，是行之有效的能源利用方式。
5.3 低功耗，高可靠性儀表的成功運用。傳統測量儀表耗電量都比較高，低功耗產品一直有精度不夠，不能穩定工作的疑慮。該系統的實施，再一次有力證明在技術發展日新月異的今天，只有敢于接收新技術，面對新技術才能享受新技術帶給日常生產管理的豐碩成果。
5.4 數字通訊方式的成功運用。原有傳統一次表和二次表之間信號采集，一般采用電流或電壓信號，該信號由于是模擬信號，傳輸距離都線路和環境的影響比較大。本系統由于在一次表和通訊終端之間完全采用485通訊總線方式，一定程度上解決了一次表和二次表之間信號采集的線損問題，對于一次表信號的采集方式是一種有力的探索。
六、結束語
太陽能光伏系統在供熱管網監測中的成功運用，是石家莊華電供熱集團有限公司對于新技術的有力嘗試，是對國家節能環保建設的有力支持。面對日益緊張的能源危機，該系統必將得到廣泛的推廣，從而帶來可觀的經濟效益和社會效益。
