地鐵能源管理系統(tǒng)建設(shè)分析

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一、地鐵耗能種類及專業(yè)耗能分析

地鐵使用的能源主要有電、水、煤氣、油、制冷、制熱等，運(yùn)營過程中消耗的能源主要是電能。通過對地鐵的各專業(yè)耗能情況進(jìn)行統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)，列車牽引、動力照明、通風(fēng)空調(diào)、電扶梯等專業(yè)耗能較多，牽引供電、通風(fēng)空調(diào)、電扶梯、動力照明能耗占總能耗的80%左右，是節(jié)能工作分析并制定改進(jìn)措施的重點(diǎn)。經(jīng)統(tǒng)計分析，水、煤氣、油、制冷的消耗也呈現(xiàn)逐年遞增的趨勢。分析具體原因，有利于制定解決措施，進(jìn)而全方位制定耗能解決方案。

二、能源消耗管理存在的問題

目前，能源消耗的統(tǒng)計比較粗放，只能從宏觀方面進(jìn)行統(tǒng)計，被動地進(jìn)行原因分析，被動地采取措施，事后彌補(bǔ)，而不能事前預(yù)測，事中判定。制定的改進(jìn)目標(biāo)也是主觀制定，缺乏科學(xué)性，至于是否達(dá)到預(yù)期目標(biāo)也缺乏科學(xué)的評判標(biāo)準(zhǔn)，且各部門、各專業(yè)各自為政，缺乏系統(tǒng)性。問題產(chǎn)生的原因就是對各項(xiàng)能耗數(shù)據(jù)不能系統(tǒng)、科學(xué)地進(jìn)行采集，數(shù)據(jù)不能做到精細(xì)化統(tǒng)計和智能分析，更談不上智能節(jié)能。

三、智慧能源管理系統(tǒng)建設(shè)

哈爾濱地鐵集團(tuán)有限公司（以下簡稱地鐵公司）擬對哈爾濱地鐵建立一個智慧能源管理系統(tǒng)，對數(shù)據(jù)采集、分析、判斷、節(jié)能實(shí)施智能化管理，具體實(shí)施如下。

1.建立智慧能源管理系統(tǒng)平臺

智慧能源管理系統(tǒng)平臺的建設(shè)必須結(jié)合當(dāng)前大數(shù)據(jù)的運(yùn)行模式，必須具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集及智能化分析處理能力，進(jìn)行數(shù)據(jù)定量分析、科學(xué)研判和自動實(shí)施節(jié)能措施，要具有很好的系統(tǒng)性、兼容性及可擴(kuò)展性，要把哈爾濱地鐵1號線及未來運(yùn)行的幾條線都要包含進(jìn)去，且該平臺要具有較好的經(jīng)濟(jì)性。

2.系統(tǒng)構(gòu)成

智慧能源管理系統(tǒng)具有模塊化功能，考慮到可擴(kuò)展性，該系統(tǒng)需具有用戶自定義模塊功能，應(yīng)至少由以下模塊組成。（1）數(shù)據(jù)采集模塊。通過傳感器信息轉(zhuǎn)化及信息采集技術(shù)，系統(tǒng)應(yīng)能夠采集和識別各專業(yè)、各種類型設(shè)備耗能的信息數(shù)據(jù)，并對采集的耗能數(shù)據(jù)信息進(jìn)行存儲。（2）人機(jī)交互模塊。系統(tǒng)必須能識別人輸入的各種信息指令，并理解、執(zhí)行人的意圖，這樣才能更好地進(jìn)行人機(jī)交互，智能地執(zhí)行節(jié)能措施。（3）智能數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析模塊。該模塊需對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，對數(shù)據(jù)進(jìn)行定量分析，生成當(dāng)前的各項(xiàng)數(shù)據(jù)節(jié)能指標(biāo)。（4）智能控制模塊。通過大數(shù)據(jù)研判，生成科學(xué)的節(jié)能指標(biāo)，通過與實(shí)際的節(jié)能指標(biāo)對比，智能判斷是否需實(shí)行節(jié)能指令，以控制相關(guān)設(shè)備自行節(jié)能。（5）報表生成模塊。該模塊需要按人的意圖、通過多樣的格式把系統(tǒng)實(shí)行的節(jié)能預(yù)期結(jié)果展現(xiàn)出來。（6）數(shù)據(jù)查詢模塊。通過人機(jī)交互，能輸出人想要的結(jié)果。（7）預(yù)警及報警模塊。通過文字提示，聲光報警能提示哪些設(shè)備或部位能耗超標(biāo)，提示人員采取措施。（8）地圖導(dǎo)航模塊。通過地圖導(dǎo)航，對各線路、各開關(guān)、各設(shè)備能耗進(jìn)行精確定位，以實(shí)現(xiàn)能耗精準(zhǔn)分析。（9）能耗趨勢分析模塊。該模塊要能根據(jù)一段時期能耗的統(tǒng)計分析，橫向比較，縱向比較等方式，對未來的耗能趨勢進(jìn)行智能判斷，并給出趨勢圖，以提示人員采取相關(guān)改進(jìn)措施。（10）用戶自定義模塊。能源消耗的設(shè)備具有可變性，能源消耗的種類也具有可變性，人的節(jié)能期望值也是不斷變化的，通過自定義，用戶能實(shí)現(xiàn)不斷變化的期望和意圖。以上各模塊不是獨(dú)立的，是系統(tǒng)性的，各模塊各司其職，協(xié)調(diào)配合，共同實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能。

3.系統(tǒng)功能

（1）各種能耗類型數(shù)據(jù)的采集功能。該系統(tǒng)不僅能對電力能源數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，而且對哈爾濱地鐵涉及的煤氣、水、油、制冷、制熱等能源消耗進(jìn)行采集，以便全面系統(tǒng)地對哈爾濱地鐵能耗進(jìn)行管理。（2）強(qiáng)大的報表功能。系統(tǒng)要能輸出全部能耗的日報表、月報表、季度報表、年報表，能輸出某個專業(yè)、某條電氣回路、某塊表、某個電氣設(shè)備各個時期的報表?？傊?，要達(dá)到按照人的期望，輸出各種樣式的符合預(yù)期的報表。（3）精準(zhǔn)的定位功能。系統(tǒng)通過地圖導(dǎo)航、各種定位設(shè)備及各種開關(guān)量，要對各節(jié)能采集點(diǎn)進(jìn)行精確定位，要具體到每個工班、每座車站、每個儀表、每條回路、每個水管，只有這樣，才能更好地進(jìn)行準(zhǔn)確比較，更好地進(jìn)行趨勢判斷，更好地建立科學(xué)的節(jié)能指標(biāo)，才能對能源進(jìn)行精細(xì)化管理。（4）強(qiáng)大的智能管理和數(shù)據(jù)研判功能。系統(tǒng)應(yīng)有各種算法模型，通過對采集的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，并通過大數(shù)據(jù)統(tǒng)計目前全國地鐵的運(yùn)行能耗情況，制定一個科學(xué)的節(jié)能指標(biāo)。該指標(biāo)也可人為定義，系統(tǒng)通過實(shí)際存在的數(shù)據(jù)與該科學(xué)指標(biāo)進(jìn)行比較，以判斷目前的能耗是否符合要求，并將判斷結(jié)果送到系統(tǒng)智能控制模塊，實(shí)現(xiàn)對能源的智能管理，所以要求該系統(tǒng)需具有先進(jìn)的智能管理功能及強(qiáng)大的數(shù)據(jù)研判功能。（5）先進(jìn)的智能控制功能。系統(tǒng)的最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)智能化管理，實(shí)現(xiàn)節(jié)能，這就需要系統(tǒng)具有很好的智能控制功能。通過該功能對一些超出能耗指標(biāo)的設(shè)備、開關(guān)、控制閥等進(jìn)行自動關(guān)閉，或者自動調(diào)節(jié)相關(guān)閥門的開啟程度，控制流量。這就需要系統(tǒng)傳輸信號數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，控制方式準(zhǔn)確可靠。（6）準(zhǔn)確的能耗趨勢分析功能。系統(tǒng)建設(shè)的初衷就是進(jìn)行能源有效管理，進(jìn)行事前分析預(yù)測是防范能源非預(yù)期消耗的一項(xiàng)重要措施。只有做到事前預(yù)判，采取的措施才更符合實(shí)際、更有效。通過該智能管理平臺，進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，進(jìn)行智能比較，結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)量準(zhǔn)確地進(jìn)行能耗趨勢分析，給出未來一定時期的能耗走勢圖，并給出相關(guān)預(yù)警信息和建議，以提示用戶采取相關(guān)防范措施。（7）強(qiáng)大的自適應(yīng)功能。能源消耗不但具有多樣性，還具有社會性。節(jié)能的形式、概念及社會對節(jié)能的指標(biāo)、要求是隨著時間的變化不斷變化的，所以在建設(shè)開始就要考慮上述情況，要做出預(yù)判，事先預(yù)留接口，讓使用系統(tǒng)具有自適應(yīng)功能。

四、智慧能源管理系統(tǒng)實(shí)施

數(shù)據(jù)采集與分析是系統(tǒng)建設(shè)的核心和關(guān)鍵，數(shù)據(jù)采集是基礎(chǔ)，沒有數(shù)據(jù)也就沒有分析，如何正確進(jìn)行數(shù)據(jù)采集是系統(tǒng)建設(shè)的關(guān)鍵。

1.數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)建設(shè)

地鐵公司各部門要對目前的能耗數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行全面梳理，特別是列車牽引、動力照明、通風(fēng)空調(diào)、電扶梯等專業(yè)更應(yīng)該仔細(xì)研究，找出目前存在的那些采集不到、采集不準(zhǔn)、采集不全、無法采集、采集數(shù)據(jù)制式不對等問題，并對問題進(jìn)行系統(tǒng)性分析，深入現(xiàn)場，廣泛研究、編制哈爾濱地鐵能耗數(shù)據(jù)采集表。該采集表內(nèi)容要全面，并論證采集表的科學(xué)性及行車安全性。任何方式的數(shù)據(jù)采集均不能影響供電安全，均不能影響地鐵正常運(yùn)營，不能給地鐵帶來運(yùn)營隱患，否則應(yīng)進(jìn)行風(fēng)險評估，制定并落實(shí)風(fēng)險防范措施。結(jié)合當(dāng)前先進(jìn)的傳感、紅外等技術(shù)，在采集點(diǎn)布放各種符合現(xiàn)場實(shí)際的傳感器或采集器，對電、熱、煤氣、油等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集；并對原來不符合要求的采集或傳感器進(jìn)行更換。按項(xiàng)目管理的要求，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。

2.系統(tǒng)平臺搭建

按系統(tǒng)容量準(zhǔn)備符合要求的機(jī)房，購置數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、事務(wù)處理服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、防火墻、磁盤陣列存儲等硬件，搭建系統(tǒng)平臺，并進(jìn)行軟件安裝。

3.系統(tǒng)調(diào)試

平臺建設(shè)完成后，需要進(jìn)行軟、硬件調(diào)試，并對采集的數(shù)據(jù)按預(yù)期計劃分析判斷。此過程非常繁瑣，需要反復(fù)細(xì)致地調(diào)試、推敲、比較才能完成，需要做包括大量修改程序代碼的編程工作。只有反復(fù)推敲，全面的系統(tǒng)調(diào)試，處理的數(shù)據(jù)才會準(zhǔn)確并符合實(shí)際，制定的科學(xué)目標(biāo)才能科學(xué)，判斷機(jī)制才有意義，系統(tǒng)自動控制的各種開關(guān)量才更合理，才能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)預(yù)期功能。

4.系統(tǒng)試運(yùn)行

系統(tǒng)調(diào)試完成后，進(jìn)行3個月的試運(yùn)行，驗(yàn)證能否實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能。通過耗能數(shù)據(jù)比較，保證比較的結(jié)果更具直觀性，可對耗能較大的專業(yè)進(jìn)行一定時期的縱向、橫向比較，以驗(yàn)證效果。試運(yùn)行期間主要驗(yàn)證科學(xué)節(jié)能指標(biāo)制定的合理性以及自動控制的正確性及智能性。此階段非常關(guān)鍵，對于不符合預(yù)期的采集數(shù)據(jù)、開關(guān)量、聯(lián)動邏輯進(jìn)行記錄，并進(jìn)行正確修改和完善，并在此反復(fù)比較驗(yàn)證，以保證各項(xiàng)節(jié)能指標(biāo)的科學(xué)性，并保證聯(lián)動控制邏輯的正確性。

5.系統(tǒng)正式運(yùn)營

經(jīng)過系統(tǒng)試運(yùn)行，并進(jìn)行了修改完善，經(jīng)廣泛論證，符合預(yù)期功能后，便開始正式運(yùn)營，實(shí)現(xiàn)智能節(jié)能控制。

五、結(jié)語

哈爾濱地鐵能源管理系統(tǒng)建設(shè)是一個非常復(fù)雜的系統(tǒng)，涉及到大數(shù)據(jù)分析及智能控制，與當(dāng)前最先進(jìn)的理論及應(yīng)用息息相關(guān)，因此也是一個發(fā)展的系統(tǒng)，不可能一蹴而就，需要不斷研究、不斷修改完善，才能更好地實(shí)現(xiàn)自動節(jié)能，才能建立真正意義上的綠色地鐵。

作者：趙廣嶺 王英龍 譚銀玲 王釗 單位：哈爾濱地鐵集團(tuán)有限公司