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基于物联网技术的二氧化碳监测系统研究

翟鹏霄  
【摘要】:随着社会的进步和工业的发展,人类对于化石燃料(煤、石油、天然气)的长期使用导致大气中CO2的含量日益增多,全球气候逐渐变暖,形成了越来越明显的温室效应,对我们赖以生存的环境造成了巨大的威胁。为了有效阻止这种趋势的蔓延,就必须要减少CO2的排放量。与传统CO2减排方案相比,近年来出现的CO2捕获与封存技术(CCS)的针对性更强、效果更明显,是电力、热能等行业CO2排放问题的优质解决方案。CCS技术可以在工业生产过程中将CO2分离捕获,再通过压缩处理储存到地下或者海底,实现与大气环境的隔绝,从而大幅减少CO2的排放量。由于CCS技术与现有能源系统基础构造一致,受资源条件限制较小,一经提出便受到了许多工业化国家的重视。我国是化石燃料使用大国,同时也具有很大的CO2地质封存潜力。因此,虽然CCS技术在国内的兴起时间还不长,但是已经处在从研究阶段向工业化阶段推进的过程中。目前,我国的CCS示范工程在初期已经取得了阶段性成果,很大程度减少了相关企业CO2的排放量。与此同时,为了保证CCS示范工程后期的良好运行,CO2地质储存的安全性问题就变成了重中之重。因此,必须要建立完善的监测管理体系应对可能出现的CO2泄漏,以避免对环境造成危害,其中对于埋存地点附近大气和土壤中CO2浓度的监测就是重要的组成部分。长期的监测数据不仅可以直观的反映出CO2在地表、大气中的运移情况以及对周围环境的影响,还可以在储存井出现泄漏时及时发现CO2的逃逸路径。本文运用物联网技术,实现了系统的整体构架设计。其中系统感知层重点讨论了各个环境因子传感器、红外CO2监测仪、太阳能供电装置以及采集数据的监测控制模块。传输层从两部分实现了系统的数据传输过程,一部分是在监测区域内多节点之间使用基于Zigbee技术的短距离无线传输方式;另一部分是系统从CO2地质储存地点向上位机通信时使用基于GPRS技术的远距离无线传输方式。应用层完成了上位机监测平台软件与数据库系统设计,实现了对CO2系统的远程监测。本文得到如下结论:(1)利用物联网技术设计了系统结构框架,完成了数据采集与监测人员的远程实时对接。(2)使用单波双通道红外检测法测量CO2浓度,采集精度高。太阳能供电装置有效保证了各设备电路模块在野外环境的正常工作。(3)将Zig Bee短距离传输技术与GPRS远距离传输技术有效结合,完善了系统的无线通信功能,网络化节点管理更方便。


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