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摘要:高鐵站房在用能設備能耗上具有數(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(tǒng);用能設備;節(jié)能

國外多數(shù)發(fā)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(chǎn)生活能耗比較重視，各國均開展了不少關于生產(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)設施、民用公共建筑節(jié)能管理，推動工業(yè)、民用設施節(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)設施、民用公共建筑提高綜合能耗管理與評估水平［2］。隨著現(xiàn)代化技術的不斷發(fā)展，能源管理系統(tǒng)越來越多的被應用在國民經(jīng)濟的各個領域，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］。隨著我國高鐵建設的迅猛發(fā)展，高鐵站房的用能設備在數(shù)量和復雜程度上都發(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(jiān)測目前，高鐵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(shù)量繁多。為了保證人員舒適度及機電設備運行環(huán)境溫度，站房一般都會設置送排風系統(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、廣告大屏等用能設備也一應俱全。因此能源管理系統(tǒng)與各種用能設備之間的接口，以及能源管理系統(tǒng)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(qū)域均分散設置了大量的用能設備，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)用能設備的集中統(tǒng)一管理、數(shù)據(jù)分散采集。3)用能設備需長時間運行。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(zhuǎn)關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(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)采集終端用能設備相關數(shù)據(jù)信息，連同關聯(lián)設備的自動控制系統(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。用能設備與能源管理系統(tǒng)的層級關系如圖1所示。相較工業(yè)生產(chǎn)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(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)等直接關系到旅客舒適感的輔助系統(tǒng)同樣影響用能設備的能效狀態(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)設置一套分層分布式能源管理系統(tǒng)，通過采集相關數(shù)據(jù)，對用能設備的歷史數(shù)據(jù)進行挖掘分析，分析各控制系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)關聯(lián)性，建立科學的多維度數(shù)據(jù)分析模型，找出具有節(jié)能潛力的方向，指導但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)整用能設備的運行狀態(tài)。3．1數(shù)據(jù)采集。能源管理系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)主要分為用能設備能耗數(shù)據(jù)及外界相關影響數(shù)據(jù)，如圖3所示。3．1．1能耗數(shù)據(jù)采集。1)供水數(shù)據(jù):站房一般采用分層分質(zhì)分壓供水模式。通過在設備區(qū)、公共區(qū)、宿舍區(qū)等不同區(qū)域進水管設置智能水表和水壓檢測設備，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(shù)據(jù):采用放射式供電及樹干式供電相結(jié)合的方式時，通過高低壓開關柜內(nèi)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(nèi)單獨增加智能儀表以供就地查看。3．1．2外界相關數(shù)據(jù)采集。1)環(huán)境數(shù)據(jù):通過設置傳感器，采集室外溫度、濕度、風速、風向，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(huán)境狀況，作為能源管理系統(tǒng)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(qū)、辦公宿舍區(qū)、設備區(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，設備區(qū)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(huán)境(季節(jié)、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(jié)構(gòu)性數(shù)據(jù)進行分析以外，還需要根據(jù)環(huán)境、客流量等對設備能耗進行關聯(lián)性的分析。1)對用能設備(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，同時賦予其排水設備、自控設備、間歇性負荷、站房公共設備等屬性，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(huán)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(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)比等指標分析。5)分析單一用能設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)展趨勢進行預測。如圖5所示。6)分析各用能設備(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)分析各用能設備(空調(diào)、照明、電梯、水泵等)年、月、日整體能耗曲線，并與相關外界環(huán)境數(shù)據(jù)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(jié)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(tǒng)將用能設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。設備折舊成本:能源管理系統(tǒng)對用能設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。3．4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。3．5異常能耗報警。根據(jù)用能設備歷史耗能狀態(tài)，能源管理系統(tǒng)可自行學習判斷設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定閾值，可通過人工智能算法給出報警提示。例如，當監(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。3．6系統(tǒng)主機與后臺。能源管理系統(tǒng)主機設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)的應用，一方面實現(xiàn)了對廣大用能設備的實時監(jiān)測及統(tǒng)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(tǒng)計，提高了運營管理的效率;另一方面綜合外界因素，通過對用能設備能耗歷史數(shù)據(jù)進行多項分析，提供用能設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)在高鐵站房中的應用將成為必然。

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作者:馮亦博 單位:中鐵第一勘察設計院集團有限公司