能源管理系統(tǒng)在高鐵站房的運用

1、能源管理系統(tǒng)在高鐵站房的運用摘要:高鐵站房在用能設(shè)備能耗上具有數(shù)量大、種類多、分布廣、等級高等特點。該文將工業(yè)中常用的能源管理系統(tǒng)加以調(diào)整并應(yīng)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(guān)鍵詞:高鐵站房;能源管理系統(tǒng);用能設(shè)備;節(jié)能 國外多數(shù)發(fā)達國家自上世紀(jì)70年代能源危機之后，政府部門及非政府部門一直對生產(chǎn)生活能耗比較重視，各國均開展了不少關(guān)于生產(chǎn)生活能耗的分析研究1。近幾年來，我國依照頒布實施的節(jié)約能源法，加強新建工業(yè)生產(chǎn)設(shè)施、民用公共建筑節(jié)能管理，推動工業(yè)、民用設(shè)施節(jié)能改造，采取一系列措施力爭在推進能源節(jié)約上有所突破，促使工業(yè)生產(chǎn)設(shè)施、民用公共建筑提

2、高綜合能耗管理與評估水平2。隨著現(xiàn)代化技術(shù)的不斷發(fā)展，能源管理系統(tǒng)越來越多的被應(yīng)用在國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域，例如汽車制造、乳制品生產(chǎn)、油品提煉、鋼鐵冶煉等，工業(yè)生產(chǎn)層面的能源管理系統(tǒng)已日漸成熟3。隨著我國高鐵建設(shè)的迅猛發(fā)展，高鐵站房的用能設(shè)備在數(shù)量和復(fù)雜程度上都發(fā)生了較大變化4。然而，能源管理系統(tǒng)在高鐵站房中的應(yīng)用還未進行有效嘗試，在用能設(shè)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(shè)備管理水平上，全人工管理、缺乏配套技術(shù)手段導(dǎo)致對分散而復(fù)雜的能源設(shè)施難以進行及時有效客觀的管理。2)缺乏對用能設(shè)備的監(jiān)測目前，高鐵

3、站房在運營中既不能實現(xiàn)對各單位用能數(shù)據(jù)的監(jiān)測，更不能實現(xiàn)對主要用能設(shè)備運行參數(shù)的監(jiān)測，只能對能耗數(shù)據(jù)進行事后統(tǒng)計管理。3)缺乏用能的細節(jié)數(shù)據(jù)高鐵站房對用能設(shè)備的運行數(shù)據(jù)缺乏細節(jié)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(yè)、民用設(shè)施相比，站房能耗具有如下明顯特征5:1)用能設(shè)備種類復(fù)雜，數(shù)量繁多。為了保證人員舒適度及機電設(shè)備運行環(huán)境溫度，站房一般都會設(shè)置送排風(fēng)系統(tǒng)、多聯(lián)機系統(tǒng)、機房空調(diào)系統(tǒng)、采暖系統(tǒng)等;同時為了滿足運營需要，照明系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)以及扶梯、垂梯、廣告大屏等用能設(shè)備也一應(yīng)俱全。因此能源管理系統(tǒng)與各種用能設(shè)備之間的接

4、口，以及能源管理系統(tǒng)近期、遠期預(yù)留的容量均需要充分考慮。2)用能設(shè)備分布廣。高鐵站房各區(qū)域均分散設(shè)置了大量的用能設(shè)備，若采用傳統(tǒng)的分散管理模式，不但浪費人力物力，而且容易發(fā)生疏漏，導(dǎo)致能耗數(shù)據(jù)采集有誤。因此需要利用能源管理系統(tǒng)實現(xiàn)用能設(shè)備的集中統(tǒng)一管理、數(shù)據(jù)分散采集。3)用能設(shè)備需長時間運行。高鐵站房對環(huán)境溫濕度的要求較一般民用設(shè)施更為嚴格，空調(diào)系統(tǒng)的工作時間更長，照明系統(tǒng)也需要持續(xù)運行;同時，若站房地處西北寒溫地帶，低溫天數(shù)占比高，采暖設(shè)施的工作時間也大幅延長。站房能耗總量可觀，直接導(dǎo)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(shè)備運行可靠性及安全性。高鐵沿線各

5、類設(shè)施的正常運轉(zhuǎn)關(guān)系到整條高鐵線路的安全穩(wěn)定運行，站房客流密度大，聚集人數(shù)高，對各類用能設(shè)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(tǒng)自身能夠安全穩(wěn)定運行，另一方面在盡可能節(jié)約能源的基礎(chǔ)上必須保證通風(fēng)、照明等用能設(shè)備的可靠運行。 2能源管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 與工業(yè)級能源管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)類似6，站房能源管理系統(tǒng)采集終端用能設(shè)備相關(guān)數(shù)據(jù)信息，連同關(guān)聯(lián)設(shè)備的自動控制系統(tǒng)狀態(tài)信息，一并通過以太網(wǎng)或串行總線匯總到能源管理主站，結(jié)合影響能耗的外界因素，分析能耗結(jié)構(gòu)特點，制定節(jié)能目標(biāo)并采取措施，達到提高管理水平和節(jié)能減排的目的。用能設(shè)備與能源管理系統(tǒng)的層級關(guān)系如圖1所示。相較工業(yè)生產(chǎn)涉及的能耗種類

6、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(shù)據(jù)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(tǒng)。與工業(yè)級能源管理系統(tǒng)不同的是，由于站房的功能定位，客服系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)等直接關(guān)系到旅客舒適感的輔助系統(tǒng)同樣影響用能設(shè)備的能效狀態(tài)。該系統(tǒng)也需要將統(tǒng)計數(shù)據(jù)匯總到站房能源管理系統(tǒng)。站房能源管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。 3能源管理系統(tǒng)設(shè)置方案 綜合以上能源管理需求分析，結(jié)合實際情況與能耗特點，在站房內(nèi)設(shè)置一套分層分布式能源管理系統(tǒng)，通過采集相關(guān)數(shù)據(jù)，對用能設(shè)備的歷史數(shù)據(jù)進行挖掘分析，分析各控制系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性，建立科學(xué)的多維度數(shù)據(jù)分析模型，找出具有節(jié)能潛力的方向，指導(dǎo)但

7、不直接參與控制系統(tǒng)的控制邏輯，向各控制系統(tǒng)提出優(yōu)化后的控制策略，適時適度調(diào)整用能設(shè)備的運行狀態(tài)。31數(shù)據(jù)采集。能源管理系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)主要分為用能設(shè)備能耗數(shù)據(jù)及外界相關(guān)影響數(shù)據(jù)，如圖3所示。311能耗數(shù)據(jù)采集。1)供水?dāng)?shù)據(jù):站房一般采用分層分質(zhì)分壓供水模式。通過在設(shè)備區(qū)、公共區(qū)、宿舍區(qū)等不同區(qū)域進水管設(shè)置智能水表和水壓檢測設(shè)備，對不同區(qū)域不同時段的水壓和耗水量進行統(tǒng)計。2)供暖數(shù)據(jù):站房主要區(qū)域采用空調(diào)熱風(fēng)的方式進行采暖，通過在供暖管道設(shè)置智能儀表計量供暖流量。3)供電數(shù)據(jù):采用放射式供電及樹干式供電相結(jié)合的方式時，通過高低壓開關(guān)柜內(nèi)設(shè)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

8、內(nèi)單獨增加智能儀表以供就地查看。312外界相關(guān)數(shù)據(jù)采集。1)環(huán)境數(shù)據(jù):通過設(shè)置傳感器，采集室外溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向，室內(nèi)溫度、濕度、二氧化碳濃度等信息，作為能耗和環(huán)境關(guān)聯(lián)性分析的依據(jù)。2)客流數(shù)據(jù):通過數(shù)據(jù)接口與客服系統(tǒng)相連，采集進站客流、出站客流、發(fā)出客流、到站客流、行車信息等，分析滯留旅客量。3)反饋數(shù)據(jù):在旅客公共區(qū)域設(shè)置舒適度意見反饋設(shè)備，候車室設(shè)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(huán)境狀況，作為能源管理系統(tǒng)的輔助決策條件。32能耗分析。按照功能劃分以及用能設(shè)備分布，站房可分為公共區(qū)、辦公宿舍區(qū)、設(shè)備區(qū)、地下停車場等區(qū)域，各區(qū)域在不同時間段的能耗

9、特點存在差異:公共區(qū)、辦公宿舍區(qū)在春夏秋季耗水耗電，冬季耗水耗電耗暖，設(shè)備區(qū)全年耗電，地下停車場全年耗電。同時，影響用能設(shè)備能耗的外部因素有環(huán)境(季節(jié)、溫度、濕度、二氧化碳、風(fēng)速、風(fēng)向等)、客流量(客流密度、客流分布)等，所以除了對能耗的結(jié)構(gòu)性數(shù)據(jù)進行分析以外，還需要根據(jù)環(huán)境、客流量等對設(shè)備能耗進行關(guān)聯(lián)性的分析。1)對用能設(shè)備(空調(diào)、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(shè)備、自控設(shè)備、間歇性負荷、站房公共設(shè)備等屬性，以便統(tǒng)計與管理。2)統(tǒng)計分析站房各類用能設(shè)備的能耗狀況，如圖4所示。3)分析所有用能設(shè)備的能耗相關(guān)屬性(環(huán)境等)，列舉影響設(shè)備能耗的所有相關(guān)性指

10、標(biāo)，給出能耗與相關(guān)性指標(biāo)的關(guān)聯(lián)曲線。例如對于智能照明系統(tǒng)，影響其運行狀態(tài)的有時刻、照度、客流、車次等。4)建立歷史數(shù)據(jù)庫，對能耗數(shù)據(jù)進行同比、環(huán)比等指標(biāo)分析。5)分析單一用能設(shè)備能耗及整體能耗的發(fā)展趨勢，實現(xiàn)對比上年度同一日期能耗數(shù)據(jù)，對比上個月度同一日期能耗數(shù)據(jù)，對比前一天同一時刻能耗數(shù)據(jù)等功能，并對能耗發(fā)展趨勢進行預(yù)測。如圖5所示。6)分析各用能設(shè)備(空調(diào)、照明、電梯、水泵等)在所覆蓋范圍內(nèi)的單位面積損耗、單位客流損耗。7)分析各用能設(shè)備(空調(diào)、照明、電梯、水泵等)年、月、日整體能耗曲線，并與相關(guān)外界環(huán)境數(shù)據(jù)變化曲線做比較，如圖6所示。33成本分析。對于運營單位而言，進行能源管理的直接目的

11、是分析運營成本并盡可能節(jié)省運營成本。站房用能設(shè)備的消耗成本分為2方面:設(shè)備能耗成本和設(shè)備折舊成本。設(shè)備能耗成本:能源管理系統(tǒng)將用能設(shè)備的能耗量折算為運營成本，并可進行分區(qū)域、分類統(tǒng)計。設(shè)備折舊成本:能源管理系統(tǒng)對用能設(shè)備進行全壽命周期管理，按一定的折舊系數(shù)計算并納入運營成本。34數(shù)據(jù)報表。按照運營單位需求，能源管理系統(tǒng)可提供用能設(shè)備耗能的分區(qū)、分類、分時報表和曲線，并能以多種格式輸出打印。根據(jù)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。35異常能耗報警。根據(jù)用能設(shè)備歷史耗能狀態(tài)，能源管理系統(tǒng)可自行學(xué)習(xí)判斷設(shè)備目前能耗是否屬于正常范圍，如果發(fā)生異常變動或超出設(shè)定閾

12、值，可通過人工智能算法給出報警提示。例如，當(dāng)監(jiān)測到候車區(qū)盥洗室用水量突然增加，能源管理系統(tǒng)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(guān)現(xiàn)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。36系統(tǒng)主機與后臺。能源管理系統(tǒng)主機設(shè)置于站房消防控制室，系統(tǒng)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(tǒng)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(qū)域的顯示各種能耗數(shù)據(jù)。方便管理人員進行直觀、便捷、有序的能耗監(jiān)控，并基于節(jié)能策略提供用能設(shè)備管理依據(jù)。如圖7所示。 4結(jié)語 實踐證明，高鐵站房通過對能源管理系統(tǒng)的應(yīng)用，一方面實現(xiàn)了對廣大用能設(shè)備的實時監(jiān)測及統(tǒng)一管理，減少了工作人員設(shè)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(tǒng)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(shè)備能耗歷史數(shù)據(jù)進行多項分析，提供用能設(shè)備控制策略和管理依據(jù)，在節(jié)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(jié)能減排政策的積極推進，今后能源管理系統(tǒng)在高鐵站房中的應(yīng)用將成為必然。 參考文獻: 1修勤緒，張云鵬，尹玉霞美、日、德節(jié)能服務(wù)業(yè)發(fā)展經(jīng)驗及啟示J中國能源，2019(03):1821 2沈霽華我國節(jié)能減排政策的演變歷程與發(fā)展趨勢研究D東營