能源管理系统在高铁站房的运用

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摘要:高铁站房在用能设备能耗上具有数量大、种类多、分布广、等级高等特点。该文将工业中常用的能源管理系统加以调整并应用于高铁站房，以达到降低运营成本、提高管理效率的目的，提升高铁站房的能源利用率。

关键词:高铁站房;能源管理系统;用能设备;节能

国外多数发达国家自上世纪70年代能源危机之后，政府部门及非政府部门一直对生产生活能耗比较重视，各国均开展了不少关于生产生活能耗的分析研究［1］。近几年来，我国依照颁布实施的《节约能源法》，加强新建工业生产设施、民用公共建筑节能管理，推动工业、民用设施节能改造，采取一系列措施力争在推进能源节约上有所突破，促使工业生产设施、民用公共建筑提高综合能耗管理与评估水平［2］。随着现代化技术的不断发展，能源管理系统越来越多的被应用在国民经济的各个领域，例如汽车制造、乳制品生产、油品提炼、钢铁冶炼等，工业生产层面的能源管理系统已日渐成熟［3］。随着我国高铁建设的迅猛发展，高铁站房的用能设备在数量和复杂程度上都发生了较大变化［4］。然而，能源管理系统在高铁站房中的应用还未进行有效尝试，在用能设备的管理体制方面，目前我国高铁站房存在以下问题:1)能源运行管理手段落后与普速铁路站房类似，高铁站房基本还停留在60年代以前的用能设备管理水平上，全人工管理、缺乏配套技术手段导致对分散而复杂的能源设施难以进行及时有效客观的管理。2)缺乏对用能设备的监测目前，高铁站房在运营中既不能实现对各单位用能数据的监测，更不能实现对主要用能设备运行参数的监测，只能对能耗数据进行事后统计管理。3)缺乏用能的细节数据高铁站房对用能设备的运行数据缺乏细节掌控，能够获得的只有整个站房的总体情况，对于能源如何消耗、何时消耗、消耗在何处不清楚。

1能耗特征分析

与一般工业、民用设施相比，站房能耗具有如下明显特征［5］:1)用能设备种类复杂，数量繁多。为了保证人员舒适度及机电设备运行环境温度，站房一般都会设置送排风系统、多联机系统、机房空调系统、采暖系统等;同时为了满足运营需要，照明系统、给排水系统以及扶梯、垂梯、广告大屏等用能设备也一应俱全。因此能源管理系统与各种用能设备之间的接口，以及能源管理系统近期、远期预留的容量均需要充分考虑。2)用能设备分布广。高铁站房各区域均分散设置了大量的用能设备，若采用传统的分散管理模式，不但浪费人力物力，而且容易发生疏漏，导致能耗数据采集有误。因此需要利用能源管理系统实现用能设备的集中统一管理、数据分散采集。3)用能设备需长时间运行。高铁站房对环境温湿度的要求较一般民用设施更为严格，空调系统的工作时间更长，照明系统也需要持续运行;同时，若站房地处西北寒温地带，低温天数占比高，采暖设施的工作时间也大幅延长。站房能耗总量可观，直接导致了运营成本的增加，因此对能耗进行精确测量，合理管控是十分必要的。4)用能设备运行可靠性及安全性。高铁沿线各类设施的正常运转关系到整条高铁线路的安全稳定运行，站房客流密度大，聚集人数高，对各类用能设备运行的可靠性要求更是提升了一个级别。所以一方面要求能源管理系统自身能够安全稳定运行，另一方面在尽可能节约能源的基础上必须保证通风、照明等用能设备的可靠运行。

2能源管理系统结构

与工业级能源管理系统的结构类似［6］，站房能源管理系统采集终端用能设备相关数据信息，连同关联设备的自动控制系统状态信息，一并通过以太网或串行总线汇总到能源管理主站，结合影响能耗的外界因素，分析能耗结构特点，制定节能目标并采取措施，达到提高管理水平和节能减排的目的。用能设备与能源管理系统的层级关系如图1所示。相较工业生产涉及的能耗种类而言，站房能耗种类相对单一，主要集中在水、电、暖3大类，这些数据均可通过带通信的计量表计进行精确计量，并将信息汇总到站房能管系统。与工业级能源管理系统不同的是，由于站房的功能定位，客服系统、环境监测系统等直接关系到旅客舒适感的辅助系统同样影响用能设备的能效状态。该系统也需要将统计数据汇总到站房能源管理系统。站房能源管理系统结构如图2所示。

3能源管理系统设置方案

综合以上能源管理需求分析，结合实际情况与能耗特点，在站房内设置一套分层分布式能源管理系统，通过采集相关数据，对用能设备的历史数据进行挖掘分析，分析各控制系统之间的数据关联性，建立科学的多维度数据分析模型，找出具有节能潜力的方向，指导但不直接参与控制系统的控制逻辑，向各控制系统提出优化后的控制策略，适时适度调整用能设备的运行状态。3．1数据采集。能源管理系统采集的数据主要分为用能设备能耗数据及外界相关影响数据，如图3所示。3．1．1能耗数据采集。1)供水数据:站房一般采用分层分质分压供水模式。通过在设备区、公共区、宿舍区等不同区域进水管设置智能水表和水压检测设备，对不同区域不同时段的水压和耗水量进行统计。2)供暖数据:站房主要区域采用空调热风的方式进行采暖，通过在供暖管道设置智能仪表计量供暖流量。3)供电数据:采用放射式供电及树干式供电相结合的方式时，通过高低压开关柜内设置的智能仪表采集各类负荷的用电情况，同时在重要用电回路配电箱内单独增加智能仪表以供就地查看。3．1．2外界相关数据采集。1)环境数据:通过设置传感器，采集室外温度、湿度、风速、风向，室内温度、湿度、二氧化碳浓度等信息，作为能耗和环境关联性分析的依据。2)客流数据:通过数据接口与客服系统相连，采集进站客流、出站客流、发出客流、到站客流、行车信息等，分析滞留旅客量。3)反馈数据:在旅客公共区域设置舒适度意见反馈设备，候车室设置温度过热、热、舒适、冷、过冷5个体感选项，通过旅客的直接感官反馈站房实际环境状况，作为能源管理系统的辅助决策条件。3．2能耗分析。按照功能划分以及用能设备分布，站房可分为公共区、办公宿舍区、设备区、地下停车场等区域，各区域在不同时间段的能耗特点存在差异:公共区、办公宿舍区在春夏秋季耗水耗电，冬季耗水耗电耗暖，设备区全年耗电，地下停车场全年耗电。同时，影响用能设备能耗的外部因素有环境(季节、温度、湿度、二氧化碳、风速、风向等)、客流量(客流密度、客流分布)等，所以除了对能耗的结构性数据进行分析以外，还需要根据环境、客流量等对设备能耗进行关联性的分析。1)对用能设备(空调、照明、水泵、消防泵、电梯等)赋予多维度的属性。例如污水泵，同时赋予其排水设备、自控设备、间歇性负荷、站房公共设备等属性，以便统计与管理。2)统计分析站房各类用能设备的能耗状况，如图4所示。3)分析所有用能设备的能耗相关属性(环境等)，列举影响设备能耗的所有相关性指标，给出能耗与相关性指标的关联曲线。例如对于智能照明系统，影响其运行状态的有时刻、照度、客流、车次等。4)建立历史数据库，对能耗数据进行同比、环比等指标分析。5)分析单一用能设备能耗及整体能耗的发展趋势，实现对比上年度同一日期能耗数据，对比上个月度同一日期能耗数据，对比前一天同一时刻能耗数据等功能，并对能耗发展趋势进行预测。如图5所示。6)分析各用能设备(空调、照明、电梯、水泵等)在所覆盖范围内的单位面积损耗、单位客流损耗。7)分析各用能设备(空调、照明、电梯、水泵等)年、月、日整体能耗曲线，并与相关外界环境数据变化曲线做比较，如图6所示。3．3成本分析。对于运营单位而言，进行能源管理的直接目的是分析运营成本并尽可能节省运营成本。站房用能设备的消耗成本分为2方面:设备能耗成本和设备折旧成本。设备能耗成本:能源管理系统将用能设备的能耗量折算为运营成本，并可进行分区域、分类统计。设备折旧成本:能源管理系统对用能设备进行全寿命周期管理，按一定的折旧系数计算并纳入运营成本。3．4数据报表。按照运营单位需求，能源管理系统可提供用能设备耗能的分区、分类、分时报表和曲线，并能以多种格式输出打印。根据需要，计算单位面积能耗、单位客流量能耗、历史平均能耗等，同时以报表形式输出。3．5异常能耗报警。根据用能设备历史耗能状态，能源管理系统可自行学习判断设备目前能耗是否属于正常范围，如果发生异常变动或超出设定阈值，可通过人工智能算法给出报警提示。例如，当监测到候车区盥洗室用水量突然增加，能源管理系统后台可给出报警提示信号，然后辅助判断可能有水阀损坏或水龙头漏关现象，通知工作人员及时进行排查处理，避免不必要的资源浪费和运营成本增加。3．6系统主机与后台。能源管理系统主机设置于站房消防控制室，系统主机由双电源切换装置供电，保障了其运行的可靠性。能源管理系统后台软件可采用图形化、表格化等多种人机显示界面形式，以大屏显示、主站显示等多样化展示手段，分类、分区域的显示各种能耗数据。方便管理人员进行直观、便捷、有序的能耗监控，并基于节能策略提供用能设备管理依据。如图7所示。

4结语

实践证明，高铁站房通过对能源管理系统的应用，一方面实现了对广大用能设备的实时监测及统一管理，减少了工作人员设备巡检、记录抄表的工作量，同时以报表、图形、曲线等形式形成能耗统计，提高了运营管理的效率;另一方面综合外界因素，通过对用能设备能耗历史数据进行多项分析，提供用能设备控制策略和管理依据，在节约能源的同时显著降低了运营成本。随着能源消耗的不断加剧以及国家节能减排政策的积极推进，今后能源管理系统在高铁站房中的应用将成为必然。

参考文献:

［1］修勤绪，张云鹏，尹玉霞．美、日、德节能服务业发展经验及启示［J］．中国能源，2019(03):18－21．

［2］沈霁华．我国节能减排政策的演变历程与发展趋势研究［D］．东营:中国石油大学(华东)，2014:6．

［3］宋小磊，陈贵军，赵书平．工业企业能源管理信息系统研究［J］．节能，2011(09):59－62．

［4］张伯敏．高铁客站照明技术的运用及节能降耗的思考［J］．上海铁道科技，2013(01):99－100．

［5］周新军．基于能耗结构优化的高铁低碳环保效应［J］．电力需求侧管理，2013(04):15－18．

［6］陈辉，刘贤堂，吴宝健．钢铁企业能源管理系统的应用研究［J］．自动化与信息工程，2011(04):20－23．

作者:冯亦博 单位:中铁第一勘察设计院集团有限公司