能源管理系統在高鐵站房的運用

導語：能源管理系統在高鐵站房的運用一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要:高鐵站房在用能設備能耗上具有數量大、種類多、分布廣、等級高等特點。該文將工業中常用的能源管理系統加以調整并應用于高鐵站房，以達到降低運營成本、提高管理效率的目的，提升高鐵站房的能源利用率。

關鍵詞:高鐵站房;能源管理系統;用能設備;節能

國外多數發達國家自上世紀70年代能源危機之后，政府部門及非政府部門一直對生產生活能耗比較重視，各國均開展了不少關于生產生活能耗的分析研究［1］。近幾年來，我國依照頒布實施的《節約能源法》，加強新建工業生產設施、民用公共建筑節能管理，推動工業、民用設施節能改造，采取一系列措施力爭在推進能源節約上有所突破，促使工業生產設施、民用公共建筑提高綜合能耗管理與評估水平［2］。隨著現代化技術的不斷發展，能源管理系統越來越多的被應用在國民經濟的各個領域，例如汽車制造、乳制品生產、油品提煉、鋼鐵冶煉等，工業生產層面的能源管理系統已日漸成熟［3］。隨著我國高鐵建設的迅猛發展，高鐵站房的用能設備在數量和復雜程度上都發生了較大變化［4］。然而，能源管理系統在高鐵站房中的應用還未進行有效嘗試，在用能設備的管理體制方面，目前我國高鐵站房存在以下問題:1)能源運行管理手段落后與普速鐵路站房類似，高鐵站房基本還停留在60年代以前的用能設備管理水平上，全人工管理、缺乏配套技術手段導致對分散而復雜的能源設施難以進行及時有效客觀的管理。2)缺乏對用能設備的監測目前，高鐵站房在運營中既不能實現對各單位用能數據的監測，更不能實現對主要用能設備運行參數的監測，只能對能耗數據進行事后統計管理。3)缺乏用能的細節數據高鐵站房對用能設備的運行數據缺乏細節掌控，能夠獲得的只有整個站房的總體情況，對于能源如何消耗、何時消耗、消耗在何處不清楚。

1能耗特征分析

與一般工業、民用設施相比，站房能耗具有如下明顯特征［5］:1)用能設備種類復雜，數量繁多。為了保證人員舒適度及機電設備運行環境溫度，站房一般都會設置送排風系統、多聯機系統、機房空調系統、采暖系統等;同時為了滿足運營需要，照明系統、給排水系統以及扶梯、垂梯、廣告大屏等用能設備也一應俱全。因此能源管理系統與各種用能設備之間的接口，以及能源管理系統近期、遠期預留的容量均需要充分考慮。2)用能設備分布廣。高鐵站房各區域均分散設置了大量的用能設備，若采用傳統的分散管理模式，不但浪費人力物力，而且容易發生疏漏，導致能耗數據采集有誤。因此需要利用能源管理系統實現用能設備的集中統一管理、數據分散采集。3)用能設備需長時間運行。高鐵站房對環境溫濕度的要求較一般民用設施更為嚴格，空調系統的工作時間更長，照明系統也需要持續運行;同時，若站房地處西北寒溫地帶，低溫天數占比高，采暖設施的工作時間也大幅延長。站房能耗總量可觀，直接導致了運營成本的增加，因此對能耗進行精確測量，合理管控是十分必要的。4)用能設備運行可靠性及安全性。高鐵沿線各類設施的正常運轉關系到整條高鐵線路的安全穩定運行，站房客流密度大，聚集人數高，對各類用能設備運行的可靠性要求更是提升了一個級別。所以一方面要求能源管理系統自身能夠安全穩定運行，另一方面在盡可能節約能源的基礎上必須保證通風、照明等用能設備的可靠運行。

2能源管理系統結構

與工業級能源管理系統的結構類似［6］，站房能源管理系統采集終端用能設備相關數據信息，連同關聯設備的自動控制系統狀態信息，一并通過以太網或串行總線匯總到能源管理主站，結合影響能耗的外界因素，分析能耗結構特點，制定節能目標并采取措施，達到提高管理水平和節能減排的目的。用能設備與能源管理系統的層級關系如圖1所示。相較工業生產涉及的能耗種類而言，站房能耗種類相對單一，主要集中在水、電、暖3大類，這些數據均可通過帶通信的計量表計進行精確計量，并將信息匯總到站房能管系統。與工業級能源管理系統不同的是，由于站房的功能定位，客服系統、環境監測系統等直接關系到旅客舒適感的輔助系統同樣影響用能設備的能效狀態。該系統也需要將統計數據匯總到站房能源管理系統。站房能源管理系統結構如圖2所示。

3能源管理系統設置方案

綜合以上能源管理需求分析，結合實際情況與能耗特點，在站房內設置一套分層分布式能源管理系統，通過采集相關數據，對用能設備的歷史數據進行挖掘分析，分析各控制系統之間的數據關聯性，建立科學的多維度數據分析模型，找出具有節能潛力的方向，指導但不直接參與控制系統的控制邏輯，向各控制系統提出優化后的控制策略，適時適度調整用能設備的運行狀態。3．1數據采集。能源管理系統采集的數據主要分為用能設備能耗數據及外界相關影響數據，如圖3所示。3．1．1能耗數據采集。1)供水數據:站房一般采用分層分質分壓供水模式。通過在設備區、公共區、宿舍區等不同區域進水管設置智能水表和水壓檢測設備，對不同區域不同時段的水壓和耗水量進行統計。2)供暖數據:站房主要區域采用空調熱風的方式進行采暖，通過在供暖管道設置智能儀表計量供暖流量。3)供電數據:采用放射式供電及樹干式供電相結合的方式時，通過高低壓開關柜內設置的智能儀表采集各類負荷的用電情況，同時在重要用電回路配電箱內單獨增加智能儀表以供就地查看。3．1．2外界相關數據采集。1)環境數據:通過設置傳感器，采集室外溫度、濕度、風速、風向，室內溫度、濕度、二氧化碳濃度等信息，作為能耗和環境關聯性分析的依據。2)客流數據:通過數據接口與客服系統相連，采集進站客流、出站客流、發出客流、到站客流、行車信息等，分析滯留旅客量。3)反饋數據:在旅客公共區域設置舒適度意見反饋設備，候車室設置溫度過熱、熱、舒適、冷、過冷5個體感選項，通過旅客的直接感官反饋站房實際環境狀況，作為能源管理系統的輔助決策條件。3．2能耗分析。按照功能劃分以及用能設備分布，站房可分為公共區、辦公宿舍區、設備區、地下停車場等區域，各區域在不同時間段的能耗特點存在差異:公共區、辦公宿舍區在春夏秋季耗水耗電，冬季耗水耗電耗暖，設備區全年耗電，地下停車場全年耗電。同時，影響用能設備能耗的外部因素有環境(季節、溫度、濕度、二氧化碳、風速、風向等)、客流量(客流密度、客流分布)等，所以除了對能耗的結構性數據進行分析以外，還需要根據環境、客流量等對設備能耗進行關聯性的分析。1)對用能設備(空調、照明、水泵、消防泵、電梯等)賦予多維度的屬性。例如污水泵，同時賦予其排水設備、自控設備、間歇性負荷、站房公共設備等屬性，以便統計與管理。2)統計分析站房各類用能設備的能耗狀況，如圖4所示。3)分析所有用能設備的能耗相關屬性(環境等)，列舉影響設備能耗的所有相關性指標，給出能耗與相關性指標的關聯曲線。例如對于智能照明系統，影響其運行狀態的有時刻、照度、客流、車次等。4)建立歷史數據庫，對能耗數據進行同比、環比等指標分析。5)分析單一用能設備能耗及整體能耗的發展趨勢，實現對比上年度同一日期能耗數據，對比上個月度同一日期能耗數據，對比前一天同一時刻能耗數據等功能，并對能耗發展趨勢進行預測。如圖5所示。6)分析各用能設備(空調、照明、電梯、水泵等)在所覆蓋范圍內的單位面積損耗、單位客流損耗。7)分析各用能設備(空調、照明、電梯、水泵等)年、月、日整體能耗曲線，并與相關外界環境數據變化曲線做比較，如圖6所示。3．3成本分析。對于運營單位而言，進行能源管理的直接目的是分析運營成本并盡可能節省運營成本。站房用能設備的消耗成本分為2方面:設備能耗成本和設備折舊成本。設備能耗成本:能源管理系統將用能設備的能耗量折算為運營成本，并可進行分區域、分類統計。設備折舊成本:能源管理系統對用能設備進行全壽命周期管理，按一定的折舊系數計算并納入運營成本。3．4數據報表。按照運營單位需求，能源管理系統可提供用能設備耗能的分區、分類、分時報表和曲線，并能以多種格式輸出打印。根據需要，計算單位面積能耗、單位客流量能耗、歷史平均能耗等，同時以報表形式輸出。3．5異常能耗報警。根據用能設備歷史耗能狀態，能源管理系統可自行學習判斷設備目前能耗是否屬于正常范圍，如果發生異常變動或超出設定閾值，可通過人工智能算法給出報警提示。例如，當監測到候車區盥洗室用水量突然增加，能源管理系統后臺可給出報警提示信號，然后輔助判斷可能有水閥損壞或水龍頭漏關現象，通知工作人員及時進行排查處理，避免不必要的資源浪費和運營成本增加。3．6系統主機與后臺。能源管理系統主機設置于站房消防控制室，系統主機由雙電源切換裝置供電，保障了其運行的可靠性。能源管理系統后臺軟件可采用圖形化、表格化等多種人機顯示界面形式，以大屏顯示、主站顯示等多樣化展示手段，分類、分區域的顯示各種能耗數據。方便管理人員進行直觀、便捷、有序的能耗監控，并基于節能策略提供用能設備管理依據。如圖7所示。

4結語

實踐證明，高鐵站房通過對能源管理系統的應用，一方面實現了對廣大用能設備的實時監測及統一管理，減少了工作人員設備巡檢、記錄抄表的工作量，同時以報表、圖形、曲線等形式形成能耗統計，提高了運營管理的效率;另一方面綜合外界因素，通過對用能設備能耗歷史數據進行多項分析，提供用能設備控制策略和管理依據，在節約能源的同時顯著降低了運營成本。隨著能源消耗的不斷加劇以及國家節能減排政策的積極推進，今后能源管理系統在高鐵站房中的應用將成為必然。

參考文獻:

［1］修勤緒，張云鵬，尹玉霞．美、日、德節能服務業發展經驗及啟示［J］．中國能源，2019(03):18－21．

［2］沈霽華．我國節能減排政策的演變歷程與發展趨勢研究［D］．東營:中國石油大學(華東)，2014:6．

［3］宋小磊，陳貴軍，趙書平．工業企業能源管理信息系統研究［J］．節能，2011(09):59－62．

［4］張伯敏．高鐵客站照明技術的運用及節能降耗的思考［J］．上海鐵道科技，2013(01):99－100．

［5］周新軍．基于能耗結構優化的高鐵低碳環保效應［J］．電力需求側管理，2013(04):15－18．

［6］陳輝，劉賢堂，吳寶健．鋼鐵企業能源管理系統的應用研究［J］．自動化與信息工程，2011(04):20－23．

作者:馮亦博 單位:中鐵第一勘察設計院集團有限公司