淺談智慧能耗管理在城市軌道交通中的設(shè)計與應用

安科瑞 陳聰

摘 要:為響應國家雙碳戰(zhàn)略，文章首先分析城市軌道交通車站能耗管控現(xiàn)狀、環(huán)境特點和技術(shù)不足，針對車站內(nèi)傳統(tǒng)的能耗統(tǒng)計管理存在周期長、人力物力耗費大、風水系統(tǒng)無智能化聯(lián)動，電表、水表出現(xiàn)故障時不能及時發(fā)現(xiàn)和處理等問題，研究并提出車站智慧能耗管理系統(tǒng)架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和功能架構(gòu)，通過該系統(tǒng)可對車站水、氣、電、熱等多種能源進行智能化分析和管理。運用針對性節(jié)能管理、監(jiān)測數(shù)據(jù)采集、聯(lián)動系統(tǒng)控制等策略，在提升車站智慧化水平的同時實現(xiàn)車站節(jié)能增效，為城市軌道交通智慧運營提供智能化決策。特別是在疫情防控常態(tài)化形勢下，車站設(shè)備使用強度和頻率呈現(xiàn)不規(guī)律性，該管理系統(tǒng)可更有效的助力城市軌道交通低碳、智能運行。

關(guān)鍵詞:城市軌道交通;雙碳戰(zhàn)略;能耗管理;節(jié)能

1 、背景

隨著城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)模的擴大，其能源消耗也日益增加。車站作為城市軌道交通系統(tǒng)的“單元”，能耗管理效應的發(fā)揮主要從“車站”人手。同時，為助推國家雙碳戰(zhàn)略目標實施，文章結(jié)合《中國城市軌道交通智慧城軌發(fā)展綱要》及應用需求，以能耗管理智能化為主線，研究節(jié)能降耗關(guān)鍵技術(shù)，搭建車站能耗管理系統(tǒng)。

通常情況下，車站內(nèi)空調(diào)系統(tǒng)(大系統(tǒng)和空調(diào)水系統(tǒng))能耗占整個車站常規(guī)用電的 50%以上，尤其在制冷季節(jié)，甚至達到 60%~80%。在前期設(shè)計階段，空調(diào)系統(tǒng)均需要按照城市軌道交通運營的大負荷進行設(shè)計，并預留一定的余量。而在實際運營過程中，空調(diào)系統(tǒng)運行在較大負荷水平的時間占比通常不到全部時間的20%，采用常規(guī)控制策略存在較大的能源浪費[司。傳統(tǒng)的能耗統(tǒng)計管理方法無法實現(xiàn)車站電梯系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、環(huán)控設(shè)備、屏蔽門系統(tǒng)、自動售檢票系統(tǒng)、消防設(shè)備等的用電量檢測以及車站主供水管路、衛(wèi)生間供水管路及冷卻塔供水管路等的用水量檢測。近年來，各地城市軌道交通運營企業(yè)開展了各類節(jié)能技術(shù)的產(chǎn)品應用，如變頻空調(diào)技術(shù)、LED 照明技術(shù)、空調(diào)溫度智能調(diào)節(jié)技術(shù)、高頻輔逆技術(shù)、空氣凈化技術(shù)、中壓能饋設(shè)備等，以此達到節(jié)能降耗的目的。部分車站在現(xiàn)場加裝智能電表和水表，通過遠程通信實現(xiàn)與能耗管理系統(tǒng)后臺的對接，并對車站內(nèi)用電、用水量進行統(tǒng)計分析，以輔助實現(xiàn)節(jié)能控制。這些舉措雖然提高了車站對各專業(yè)能源使用的監(jiān)視效率，但各專業(yè)能耗管理相對分散、獨立，尚未深人開展對各專業(yè)的綜合能耗管控研究，車站能源消耗的智能化分析和管理水平仍存在不足。因此，本文將深人分析車站能耗研究現(xiàn)狀，研究城市軌道交通能耗管理系統(tǒng)架構(gòu)及針對性的能耗管理策略，實現(xiàn)對車站水、氣、電、熱等多種的綜合分析，在提升車站智慧化水平的同時實現(xiàn)車站節(jié)能增效。

2、車站能耗現(xiàn)狀分析

2.1 能耗管理需求

城市軌道交通車站內(nèi)傳統(tǒng)的能耗統(tǒng)計管理存在周期長，風水系統(tǒng)無智能化聯(lián)動，電表、水表出現(xiàn)故障時不能及時發(fā)現(xiàn)和處理等缺陷與不足，影響車站運營安全。在人工抄表情況下存在人工出錯、數(shù)據(jù)重復統(tǒng)計修正、無法實時統(tǒng)計、上報數(shù)據(jù)的情況，造成人力物力資源浪費。冷卻水與風機目前為定時任務模式，存在能耗進一步優(yōu)化空間。因此，迫切需要一套智慧能耗管理系統(tǒng)，實現(xiàn)各類能源的節(jié)能管理與管控，對風、水、電及其他能源消耗進行實時監(jiān)控，對能源消耗規(guī)律及趨勢進行分析并提供數(shù)據(jù)支撐，以制定科學合理的節(jié)能策略。

2.2 站點環(huán)境特點分析

(1)站內(nèi)熱源常年存在。城市軌道交通地下建筑受室外氣象條件影響較小，而地下車站內(nèi)部存在顯著的內(nèi)熱源，具有較大的熱源屬性，常年的冷負荷較高。

(2)空調(diào)負荷波動較大。車站空調(diào)通風負荷的設(shè)計標準通常長達 20~30年。隨著城市發(fā)展、沿線人口增長、換乘站點增多后，客流量將出現(xiàn)顯著變化，最初的空調(diào)負荷設(shè)計和控制方案往往隨著運營時間的推移而日趨不合理。同時，車站空調(diào)負荷也具有周期性變化和突發(fā)波動并存的特性。采用定流量、定風量的控制策略不合理，并且易造成一定的能耗浪費。

(3)通風要求高。高峰時段車站內(nèi)高度密集的人群會釋放出大量的異味和二氧化碳。由于車站作為長期固定建筑，因地層的蓄熱作用，自運營初期起城市軌道交通系統(tǒng)內(nèi)部的溫度會逐年升高。若未能及時排出熱量，會增加城市軌道交通系統(tǒng)的遠期熱負荷，增加空調(diào)系統(tǒng)能耗。

2.3 現(xiàn)有控制技術(shù)缺陷

(1)冷源系統(tǒng)運行與風系統(tǒng)舒適度脫節(jié)。站內(nèi)不同區(qū)域?qū)照{(diào)的需求量各不相同，而且隨著人流量、季節(jié)、天氣、時間等因素的變化，空調(diào)的負荷需求也動態(tài)變化。常規(guī)的冷源群控系統(tǒng)與風控系統(tǒng)一般獨立設(shè)計、獨立運行，水系統(tǒng)與風系統(tǒng)的運行信息沒有互通互聯(lián)。供應側(cè)的運行無法參考需求側(cè)的信息，系統(tǒng)一定程度上處于“盲控”狀態(tài)，人工或常規(guī)的群控策略不可避免地造成冷/熱量的過供應，造成一定能源浪費，末端服務質(zhì)量也難以持續(xù)保證。

(2)未采用有效的變流量控制。暖通水系統(tǒng)設(shè)計通常是針對設(shè)計日工況(即末端負荷較大的工況)進行系統(tǒng)管路和動力設(shè)備的選型配置。而設(shè)計日工況的運行時間，在空調(diào)系統(tǒng)全年運行的時間占比不到 20%，大部分時段系統(tǒng)都處于部分負荷，系統(tǒng)水流量有較大富余，存在一定的能源浪費。此外，當前一次泵和冷卻水泵以工頻方式運行也存在大量能源耗費。即使采用基于壓差的變頻控制策略，也僅考慮到管路壓力信息，沒有考慮末端負荷需求情況，水泵的頻率控制存在一定盲目性。

(3)系統(tǒng)工況復雜，節(jié)能難度高。站內(nèi)風水系統(tǒng)涉及冷主機、冷凍循環(huán)泵、冷卻循環(huán)泵、冷卻塔以及多臺風機設(shè)備，實際運行環(huán)境下的設(shè)備運行組合表現(xiàn)為空調(diào)系統(tǒng)的運行能耗。常規(guī)的群控系統(tǒng)不能實時提供所需的決策支持信息，實際運行過程中也未對上述信息進行粗略匯總。因此，有必要采用更加智能的風水聯(lián)動智能控制單元，全時段、全自動地對空調(diào)系統(tǒng)運行進行優(yōu)化。

(4)設(shè)備運行維護缺乏決策支持系統(tǒng)。車站空調(diào)系統(tǒng)每年的設(shè)備維保費用超過年能耗成本的10%，設(shè)備維保直接關(guān)系到系統(tǒng)的能效水平和穩(wěn)定運行。對于冷水主機、組合式空調(diào)箱等設(shè)備，投資大且維護成本高，沒有制定相應的設(shè)備維保策略。因此，有必要通過性能檢測跟蹤技術(shù)，實時檢測設(shè)備性能變化，對異常的性能衰減給出提示信息并針對性給出維護建議。

綜上所述，城市軌道交通車站的能源種類繁多，包括水、電、氣、太陽能等，因其大面積、多專業(yè)的系統(tǒng)設(shè)計、現(xiàn)代化的高標準服務要求，車站內(nèi)設(shè)施耗能不斷增加。此外，由于城市軌道交通車站地下空間居多，水、電、氣等各個系統(tǒng)重要負荷多，與乘客出行的舒適度及運營服務水平緊密相關(guān)，在疫情防控常態(tài)化的背景下，車站設(shè)備使用強度和頻率呈現(xiàn)不規(guī)律性，因此需要結(jié)合實際需求，構(gòu)建智慧能耗管理系統(tǒng)，實現(xiàn)主要高能耗設(shè)備系統(tǒng)的集中化管理，提高車站的綜合運營效能。智慧能耗管理系統(tǒng)以綜合監(jiān)管為核心，利用圖像高度可視化，直觀準確地對各系統(tǒng)的用電量與用水量進行評估管理;建立車站的能耗運營管理信息統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫，提供各項信息服務并進行數(shù)據(jù)分析;建立趨勢分析預案，豐富充實本地化信息數(shù)據(jù)庫;同時可利用數(shù)字化智能監(jiān)管技術(shù)，進行任何時間的信息捕獲、分析、處理，提高事件處置效率，實現(xiàn)設(shè)備與信息的高度共享與智能決策。

3、智慧能耗管理系統(tǒng)架構(gòu)

智慧能耗管理系統(tǒng)的建設(shè)目標包括3個方面:細顆粒度的能源信息采集、管控范圍的補強、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)(BAS)深度聯(lián)動控制，具體如下。

(1)對能源信息采集、存儲、管理和利用進行完善，通過數(shù)據(jù)分析獲取調(diào)整能耗應用方案的策略。

(2)在原有用電管理的基礎(chǔ)上，智慧能耗管理系統(tǒng)增加對用水、變電所及熱力的管理，將車站內(nèi)智能水表與智能熱力表進行連接，相關(guān)數(shù)據(jù)匯總到采集箱內(nèi)進行集中處理。

(3)智慧能耗管理系統(tǒng)可通過BAS系統(tǒng)獲取城市軌道交通設(shè)備的運行狀態(tài)及數(shù)據(jù)，并將相關(guān)能源管控策略通過BAS系統(tǒng)下達至各系統(tǒng)設(shè)備實現(xiàn)合理控制。

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)

智慧能耗管理系統(tǒng)主要對能耗設(shè)備進行信息采集、監(jiān)控，根據(jù)能耗數(shù)據(jù)分析挖掘有針對性的節(jié)能降耗策略，與設(shè)備系統(tǒng)聯(lián)動控制，從而達到節(jié)能降耗的效果。根據(jù)城市軌道交通列車早、晚發(fā)車和停運信息制定照明、空調(diào)等設(shè)備的相關(guān)能耗管控策略，由智慧能耗管理系統(tǒng)配置控制策略并執(zhí)行節(jié)能控制。通過采集不同區(qū)域、不同設(shè)備的能耗相關(guān)數(shù)據(jù)，對分類分項能耗使用情況進行分析，為能耗評估分析提供數(shù)據(jù)支撐。智慧能耗管理系統(tǒng)架構(gòu)分為5層:基礎(chǔ)層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺層、應用層、展現(xiàn)層。每層之間通過制定接口協(xié)議對接，如圖1所示。

圖1系統(tǒng)架構(gòu)圖

(1)基礎(chǔ)層。作為系統(tǒng)數(shù)據(jù)場景設(shè)備采集的組成部分，包括智能基表、傳感器、智能檢測主機等。

(2)網(wǎng)絡(luò)層。作為整個系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備的組成部分，提供系統(tǒng)運行的通信和運行環(huán)境。

(3)平臺層。主要為系統(tǒng)做接口，通過為數(shù)據(jù)提供接口將各設(shè)備數(shù)據(jù)采集到數(shù)據(jù)庫中。系統(tǒng)主站與測量儀表之間通過現(xiàn)場總線或電力載波進行通信，與變電所測量儀表之間通過通信管理機進行通信。

(4)應用層。進行日常能源使用的監(jiān)控、管理，制定節(jié)能策略，如用電量監(jiān)控管理、用水量監(jiān)控管理等。

(5)展現(xiàn)層。作為與用戶交互的終端，如應用軟件、Web 端網(wǎng)頁等。

3.2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

車站智慧能耗管理系統(tǒng)計算機網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖 2 所示，通過通信網(wǎng)絡(luò)(根據(jù)需求不同采用有線或無線的通信方式)將分布在車站不同空間位置的各專業(yè)系統(tǒng)設(shè)備連接起來，設(shè)置智能載波采集器、智能電表、集中器等動態(tài)采集空調(diào)機組、電梯扶梯供電回路及其他重要負荷或用電量大的能耗數(shù)據(jù)，然后通過網(wǎng)絡(luò)交換機接入車站內(nèi)局域網(wǎng)，進一步傳輸至車站能耗管理服務器，在智慧能耗管理系統(tǒng)上將監(jiān)測與數(shù)據(jù)分析結(jié)果進行可視化展示。

圖2網(wǎng)絡(luò)拓撲圖

3.3 功能架構(gòu)

智慧能耗管理系統(tǒng)具備各種能耗設(shè)備的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測、統(tǒng)計、分析、報警功能，可對能源供應的安全性、能耗量、設(shè)備運行能耗的數(shù)據(jù)進行清洗、過濾、加載，運用建模方法挖掘能耗降低的關(guān)鍵性狀態(tài)，同時可結(jié)合場景條件與設(shè)備的自動控制相融合。功能架構(gòu)如圖 3所示。

圖3功能架構(gòu)

(1) 能耗監(jiān)測。該功能可實現(xiàn)能源使用全過程精細化監(jiān)測管理，實現(xiàn)能源消耗狀態(tài)的可視化、監(jiān)測實時化，通過分類分項能耗監(jiān)測、設(shè)備能耗監(jiān)測、區(qū)域能耗監(jiān)測，綜合的將車站能耗清晰展示于系統(tǒng)中，如各條支路的耗電量、功率等參數(shù)，水管的跑冒滴漏等狀態(tài)。

(2) 數(shù)據(jù)統(tǒng)計查詢。運行過程中會產(chǎn)生海量數(shù)據(jù)信息，系統(tǒng)基于完善的數(shù)據(jù)分類管理策略，可以查詢?nèi)我鈺r段內(nèi)、任意能耗設(shè)備或能耗單元的數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)對歷史數(shù)據(jù)信息的快速查詢;同時，可顯示全車站不同區(qū)域、不同時間段內(nèi)的整體能耗以及單位面積能耗情況，能夠按照配置的建筑環(huán)境參考因素形成對比，根據(jù)相應環(huán)境因素特點，形成相應曲線趨勢圖。

(3)能源報警管理。該功能模塊可實現(xiàn)配電回路、用能設(shè)備單位時間的能耗監(jiān)測報警，當用電回路的日能耗超出設(shè)定閾值時，進行異常報警。該系統(tǒng)可對城市軌道交通車站內(nèi)所有基礎(chǔ)設(shè)施的能耗過程進行監(jiān)測報警。

(4)能源數(shù)據(jù)分析。數(shù)據(jù)分析是智慧能耗管理系統(tǒng)的核心功能，針對各類能源的消耗過程，該功能以能耗數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過與機電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)交換，分析現(xiàn)場室內(nèi)外環(huán)境狀態(tài)、設(shè)備實時能耗數(shù)據(jù)等信息，建立能耗數(shù)據(jù)分析模型，并自動對比歷史數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)能耗管理存在的問題，進而從能耗管理的角度對設(shè)備能耗、車站能耗水平、能耗管理流程等給出分析評估，從而使機電設(shè)備采用優(yōu)化節(jié)能控制策略，達到優(yōu)化設(shè)備運行及管理流程、提高能源效率、降低能源消耗的目的。

(5)報表管理。報表功能是基于數(shù)據(jù)庫中的歷史、實時數(shù)據(jù)，根據(jù)日常辦公、管理需求，提供能耗統(tǒng)計、能源分析、綜合報表等各類報表。

(6) 能源看板。能源看板是系統(tǒng)提供的一項系統(tǒng)概覽功能，可以根據(jù)管理需求，以各類圖表的方式從時間、空間、統(tǒng)計的維度直接呈現(xiàn)整體能耗、各分類分項能耗及能耗趨勢等信息，可實現(xiàn)同比、環(huán)比能耗對比和趨勢分析，也可呈現(xiàn)車站能耗管理制度、指標內(nèi)容等。

4 、能耗管理與控制策略

結(jié)合車站的能耗管理業(yè)務特點，智慧能耗管理系統(tǒng)在用電、用水、用熱方面與設(shè)備系統(tǒng)聯(lián)動控制，設(shè)計專項節(jié)能策略以達到智慧化節(jié)能的目的。

4.1 能耗管理策略

能耗管理策略應分類建立能耗基線，通過逐步迭代不斷優(yōu)化以確定更加優(yōu)化的節(jié)能控制方案。車站能耗管理的專業(yè)包括:冷熱源、暖通空調(diào)、新風、水泵、電熱設(shè)備、照明系統(tǒng)、電扶梯等。

(1) 用電管理策略。對于照明與插座用電按照公共區(qū)照明、工作區(qū)照明、廣告照明和其他照明進行分類采集，能耗計量裝置根據(jù)不同的管理單位進行分類設(shè)置;通風空調(diào)系統(tǒng)用電可按照生產(chǎn)工作區(qū)域、乘客服務區(qū)域、設(shè)備機房區(qū)域等進行分類采集。

(2)用水管理策略。對站內(nèi)用水能耗按照用水類型制定相應的能耗采集策略。在各個水表位置增加壓力傳感器，通過流量壓力檢測給水系統(tǒng)漏損情況，在供暖管網(wǎng)中地暖總管進出水位置增加壓力傳感器，檢測漏損情況。

(3) 用熱管理策略。集中供熱時，在供熱一次側(cè)和二次側(cè)增設(shè)熱量表，在二次側(cè)增設(shè)電動調(diào)節(jié)閥，同時在地暖總管位置加裝電動調(diào)節(jié)閥，以便根據(jù)供熱負荷實時調(diào)節(jié)達到節(jié)能的目的。

4.2 節(jié)能控制策略

以車站能耗系統(tǒng)給排水系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、智能照明系統(tǒng)為例進行節(jié)能控制策略分析。

(1)給排水系統(tǒng)節(jié)能控制策略。對車站、區(qū)間各種水泵(包括集水井、污水坑、電梯基坑等)均采用液位監(jiān)控和自動控制，通過控制水泵的運行方式、臺數(shù)和相應閥門的動作來進行污水、積水的及時排放，達到供水量與需水量之間的平衡，實現(xiàn)對給排水系統(tǒng)優(yōu)化控制。

(2)空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能控制策略?？照{(diào)子系統(tǒng)通過采集各個暖通設(shè)備的運行信息，完成對控制系統(tǒng)設(shè)備的修復及增補，可實現(xiàn)暖通項目的監(jiān)控與計量、各關(guān)鍵數(shù)據(jù)的報警以及數(shù)據(jù)信息的記錄統(tǒng)計。增設(shè)室外微型氣象站監(jiān)測室外溫濕度、空氣質(zhì)量以及增加風速風向傳感器、雨量傳感器等設(shè)備采集的數(shù)據(jù)作為空調(diào)控制系統(tǒng)、新風控制系統(tǒng)的控制依據(jù)，通過空調(diào)機理變量、環(huán)境變量、冷熱水循環(huán)效率、冷熱源負荷能效模型優(yōu)化空調(diào)運行管理效率。此外，結(jié)合車站列車到發(fā)時間、區(qū)域客流情況，對車站的組合式空調(diào)進行預調(diào)節(jié)和區(qū)域定向調(diào)節(jié)。

(3)智能照明節(jié)能控制策略。針對大型車站出入口多以及乘客聚集等情況，在客流集散量大和乘客稀疏的出入口、電梯口、進出站通道等公共區(qū)域采用智能照明總線控制，在消防控制室集中控制照明狀態(tài)的同時，在車站控制室、站臺等處也可設(shè)置智能可編程控制單聯(lián)面板以實現(xiàn)更加靈活的控制方式。在車站部分區(qū)域設(shè)置照度傳感器，對受控區(qū)域的照明回路進行細化，可根據(jù)采光度調(diào)整相應照明區(qū)域光照強度，根據(jù)列車運行時間段及客流量進行分區(qū)域、分時段照明時間控制，進出站通道可利用廣告屏照度兼做照明增強，從而實現(xiàn)照明節(jié)能。

5、安科瑞企業(yè)能源管控系統(tǒng)概述

安科瑞企業(yè)能源管控系統(tǒng)采用自動化、信息化技術(shù)和集中管理模式，對企業(yè)的生產(chǎn)、輸配和消耗環(huán)節(jié)實行集中扁平化的動態(tài)監(jiān)控和數(shù)據(jù)化管理，監(jiān)測企業(yè)電、水、燃氣、蒸汽及壓縮空氣等各類能源的消耗情況，通過數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢分析，幫助企業(yè)針對各種能源需求及用能情況、能源質(zhì)量、產(chǎn)品能源單耗、各工序能耗、工藝、車間、產(chǎn)線、班組、重大能耗設(shè)備等的能源利用情況等進行能耗統(tǒng)計、同環(huán)比分析、能源成本分析、碳排分析，為企業(yè)加強能源管理，提高能源利用效率、挖掘節(jié)能潛力、節(jié)能評估提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和支持。

6、應用場所

鋼鐵、石化、冶金、有色金屬、采礦、醫(yī)藥、水泥、煤炭、造紙、化工、物流、食品、水廠、電廠、供熱站、軌道交通、航空工業(yè)、木材、工業(yè)園區(qū)、醫(yī)院、學校、酒店、寫字樓以及汽車制造、機電設(shè)備、電器產(chǎn)品、工器具制造等離散制造業(yè)。

7、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

現(xiàn)場通過廠區(qū)局域網(wǎng)和平臺通訊，平臺搭建在客戶自己配置的服務器上。搭建完成之后，客戶可以在任意能與局域網(wǎng)聯(lián)通的地方，通過有權(quán)限的賬號登陸網(wǎng)頁以及手機APP查看各處的運行情況。

系統(tǒng)可分為三層：即現(xiàn)場設(shè)備層、網(wǎng)絡(luò)通訊層和平臺管理層。

現(xiàn)場設(shè)備層：主要是連接于網(wǎng)絡(luò)中用于水、電、氣等參量采集測量的各類型的儀表等，也是構(gòu)建該配電、耗水、耗氣系統(tǒng)必要的基本組成元素。肩負著采集數(shù)據(jù)的重任，這些設(shè)備可為本公司各系列帶通訊網(wǎng)絡(luò)電力儀表、溫濕度控制器、開關(guān)量監(jiān)測模塊以及合格供應商的水表、氣表、冷熱量表等。

網(wǎng)絡(luò)通訊層：包含現(xiàn)場智能網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)絡(luò)交換機等設(shè)備。智能網(wǎng)關(guān)主動采集現(xiàn)場設(shè)備層設(shè)備的數(shù)據(jù)，并可進行規(guī)約轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)存儲，并通過網(wǎng)絡(luò)把數(shù)據(jù)上傳至搭建好的數(shù)據(jù)庫服務器，智能網(wǎng)關(guān)可在網(wǎng)絡(luò)故障時將數(shù)據(jù)存儲在本地，待網(wǎng)絡(luò)恢復時從中斷的位置繼續(xù)上傳數(shù)據(jù)，保證服務器端數(shù)據(jù)不丟失。

平臺管理層：包含應用服務器、WEB服務器和數(shù)據(jù)服務器，一般應用服務器和WEB服務器可以合一配置。

平臺采用分層分布式結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，詳細拓撲結(jié)構(gòu)如下：

8、系統(tǒng)功能

平臺采用自動化、信息化技術(shù)和集中管理模式，對企業(yè)的生產(chǎn)、輸配和消耗環(huán)節(jié)實行集中扁平化的動態(tài)監(jiān)控和數(shù)據(jù)化管理。實時監(jiān)測企業(yè)各類能源的消耗情況，通過數(shù)據(jù)分析、挖掘和趨勢分析，幫助企業(yè)加強能源管理，提高能源利用效率和節(jié)能潛力，為節(jié)能改造提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

8.1平臺登錄

在瀏覽器打開云平臺鏈接、輸入賬戶名和權(quán)限密碼，進行登錄，防止未授權(quán)人員瀏覽有關(guān)信息。

8.2大屏展示

用戶登錄成功之后進入大屏展示頁面，展示企業(yè)及各區(qū)域的能耗折標、產(chǎn)值、異常、排名、占比、通訊情況，點擊區(qū)域展示該區(qū)域的分類能耗、產(chǎn)值等相關(guān)信息。

8.3首頁

首頁展示峰谷平用電、變壓器情況、年能耗趨勢、單耗趨勢、分類能耗等企業(yè)級統(tǒng)計數(shù)據(jù)。

8.4數(shù)據(jù)監(jiān)控

對企業(yè)各點位的能源使用、報警等情況進行實時的監(jiān)控。以便企業(yè)用戶能夠?qū)崟r的監(jiān)測各個點位的運作情況，同時能更快的掌握點位的報警，并為企業(yè)削峰填谷、調(diào)整負載等技改措施提供數(shù)據(jù)支撐。

• 能源實時監(jiān)控：對于水、電、氣等能源消耗進行實時監(jiān)測，確保用能環(huán)節(jié)的持續(xù)穩(wěn)定運行，顯示配電圖、能流圖、能源平衡網(wǎng)絡(luò)圖、能源計量網(wǎng)絡(luò)圖等功能。

  • 能流圖：需要在能流圖上對水、電、氣的消耗情況進行實時展示；當能源參數(shù)越限報警，可提供報警重要性等級分類，同時支持APP推送、手機短信、郵件、釘釘、語音播報、系統(tǒng)彈窗報警提示等；

  • 配電圖：將配電房真實情況畫入配電圖，實時展示接入的門禁、水浸、電水氣等儀表的實時參數(shù)、門禁水浸狀態(tài)及能耗數(shù)據(jù)。

  • 實時統(tǒng)計：實時統(tǒng)計工廠、車間、工序、設(shè)備的當年、季度、月、周、日、班次等能耗值；

  • 數(shù)據(jù)展示：通過實時曲線和歷史曲線展示不同區(qū)域、不同設(shè)備的不同的能耗參數(shù)；

• 檢測：對能源報警信息進行集中顯示，可以對報警閾值信息進行相關(guān)處理操作，可以對報警參數(shù)進行在線設(shè)置，當能源參數(shù)越限報警，可提供報警重要性等級分類，具備APP推送、手機短信、郵件、釘釘、語音播報、系統(tǒng)彈窗等報警提示；

8.5視頻監(jiān)控

接入攝像頭，實時掌控企業(yè)內(nèi)實際情況。

8.6變壓器監(jiān)控

展示各電壓器的負載情況，從而可以為變壓器配備情況進行科學合理的規(guī)劃。通過各種運行參數(shù)狀態(tài)下用電效能的對比分析，找出更好的運行模式。根據(jù)運行模式調(diào)整負載，從而降低用電單耗，使電能損失降低。

8.8儀表實時監(jiān)控

展示各個水電氣儀表的實時參數(shù)變化，以曲線圖的方式展示。

8.8能源中控

將所有有關(guān)能源的能源參數(shù)集中在一個看板中，能從多個維度對比分析，實現(xiàn)各個產(chǎn)業(yè)線的對比，幫助領(lǐng)導掌控整個工廠的能源消耗，能源成本，標煤排放等的情況。

8.9用能統(tǒng)計

從能源使用種類、監(jiān)測區(qū)域、車間、生產(chǎn)工藝、工序、工段時間、設(shè)備、班組、分項等維度，采用曲線、餅圖、直方圖、累積圖、數(shù)字表等方式對企業(yè)用能統(tǒng)計、同比、環(huán)比分析、實績分析，折標對比、單位產(chǎn)品能耗、單位產(chǎn)值能耗統(tǒng)計，找出能源使用過程中的漏洞和不合理地方，從而調(diào)整能源分配策略，減少能源使用過程中的浪費。

8.10.成本分析

統(tǒng)計各個監(jiān)測節(jié)點（工廠、車間）的當年、季度、月、周、日各類能源消耗費用，其中電包括峰電量、峰電費、谷電量、谷電費以及平均電量和平均電費。

8.11產(chǎn)品單耗統(tǒng)計

與企業(yè)MES系統(tǒng)對接，通過產(chǎn)品產(chǎn)量以及系統(tǒng)采集的能耗數(shù)據(jù)，在產(chǎn)品單耗中生成產(chǎn)品單耗趨勢圖，并進行同比和環(huán)比分析。同時將產(chǎn)品單耗與行業(yè)/國家/國際指標對標，以便企業(yè)能夠根據(jù)產(chǎn)品單耗情況來調(diào)整生產(chǎn)工藝，從而降低能耗。

8.12績效分析

對各類能源使用、消耗、轉(zhuǎn)換，按班組、區(qū)域、車間，產(chǎn)線、工段、設(shè)備等進行日、周、月、年、相應時段績效統(tǒng)計按照能源計劃或定額制定的績效指標進行KPI比較考核，幫助企業(yè)了解內(nèi)部能效水平和節(jié)能潛力，評定能源消耗是否合理。

8.13運行監(jiān)測

系統(tǒng)對區(qū)域、工段、設(shè)備能源消耗進行數(shù)據(jù)采集，監(jiān)測設(shè)備及工藝運行狀態(tài)，如溫度、濕度、流量、壓力、速度等，并支持變配電系統(tǒng)一次運行監(jiān)視?？芍苯訌膭討B(tài)監(jiān)測平面圖快速瀏覽到所管理的能耗數(shù)據(jù)，支持按能源種類、車間、工段、時間等維度查詢相關(guān)能源用量。

8.14自定義能耗報表

用戶可通過自定義報表頭與列，靈活生產(chǎn)各種報表，查看企業(yè)各個節(jié)點的能耗，單耗，成本，綜合能耗等信息，并同比、環(huán)比報表，支持導出報表。

8.15同比、環(huán)比

提供能耗成本的圖形對比分析，包括分時段（日、月、年）的同比、環(huán)比分析，分類、分時段、分項（地點、機構(gòu)、設(shè)備）統(tǒng)計圖形對比分析（柱狀圖、餅圖、堆積圖等）。

同比

環(huán)比

8.16分析報告

以年、月、日對企業(yè)的能源利用情況、線路損耗情況、設(shè)備運行情況、運維情況等進行仔細的統(tǒng)計分析，讓用戶更加了解系統(tǒng)的運行情況，并為用戶提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，方便用戶發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常，從而找出改善點，以及針對用能情況挖掘節(jié)能潛力。

8.18能耗設(shè)備用能

監(jiān)控耗能設(shè)備運行、停機及異常狀態(tài)，及時解決設(shè)備故障停運導致無法正常生產(chǎn)。

8.18線損分析

根據(jù)節(jié)點、能源分類，查詢各個節(jié)點線路上的能源損耗數(shù)據(jù)，及時發(fā)現(xiàn)能量在使用過程中的跑冒滴漏和異常用能等浪費的問題，提醒用戶及時進行干預。

8.19碳排放管理

按照區(qū)域?qū)μ寂欧趴偭康淖兓厔葸M行統(tǒng)計，并進行同環(huán)比分析。對單位產(chǎn)值碳排放量進行計算，并結(jié)合減排指標實現(xiàn)超標預警，提升區(qū)域減排水平，促進碳達峰目標實現(xiàn)。

8.20電能質(zhì)量監(jiān)測

實時監(jiān)測諧波含量、三相不平衡度、功率因數(shù)等，確保功率因數(shù)不低于供電局考核指標，避免被罰款和設(shè)備出現(xiàn)故障。

8.21運維管理

系統(tǒng)支持設(shè)備日常巡檢計劃、派工、消缺、報修、派工等設(shè)備運維管理，方便運行管理人員的制定巡檢計劃、派工，巡檢人員執(zhí)行巡檢、完成工單、巡檢發(fā)現(xiàn)問題消缺，進行故障報修、跟進維修進度，滿足日常巡檢、設(shè)備維修保養(yǎng)需要。

8.22報警管理

針對于電氣正常開展、限電和能耗雙控，實現(xiàn)電參量異常報警、電氣火災隱患報警、能耗超標報警、限電報警等，幫助企業(yè)提前預警，避免發(fā)生火災事故和被罰款導致用能成本過高。支持分級分類報警，可對報警進行派發(fā)與閉環(huán)處理。

8.23能耗抄表

可自定義時間段抄儀表的抄表值以及差值，可自定義抄表的分類分項。

8.24能耗分析自定義時間抄表

可自定義時間段內(nèi)各個拓撲節(jié)點的能耗值，可自定義抄表能耗值的的分類分項。

8.25容需量報表

提供容需量報表，實時展示容量需量價格的變化情況，幫助企業(yè)實現(xiàn)容改需，降低基本電費。

8.26復費率報表

對尖、峰、平、谷用電量及成本費用進行統(tǒng)計分析，為企業(yè)分時用電，優(yōu)化成本效益提供數(shù)據(jù)支持。

8.28文檔管理

對國標、能源管理制度、能源指標體系等文件進行歸檔，可快速查詢相關(guān)文檔。對儀表臺賬進行系統(tǒng)管理，支持文件的上傳和下載。

8.28 3D可視化大屏

對場景進行虛擬仿真，展示各區(qū)域運行及能源消耗情況，可實現(xiàn)分層預覽、轉(zhuǎn)場展示、風格切換、智能巡檢等效果，支持模型與監(jiān)測點位的自定義綁定。

8.29 3D子系統(tǒng)

對各動力子系統(tǒng)進行虛擬仿真，展示子系統(tǒng)的動力管線、設(shè)備的實時狀態(tài)及能源消耗情況，可實現(xiàn)動態(tài)的能源流向效果。

8.30工業(yè)組態(tài)

可通過圖形化的編輯方式自定義組態(tài)圖，展示設(shè)備運行狀態(tài)及能源消耗情況，可上傳自定義素材及綁定監(jiān)測數(shù)據(jù)。

8.31自定義駕駛艙

可通過圖形化的操作方式自定義駕駛艙，以折線圖、餅圖、表格等圖形展示采集數(shù)據(jù)及各類統(tǒng)計數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)源包括API、數(shù)據(jù)庫查詢、MQTT、Excel等方式。

8.32基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理

對系統(tǒng)的項目、探測器、設(shè)備型號、電參量、節(jié)點、能源、公示、及相關(guān)參數(shù)進行配置、修改、刪除等管理、進行用戶添加和授權(quán)管理、合同管理。

8.33手機APP

APP支持Android、iOS操作系統(tǒng)，方便用戶按能源分類、區(qū)域、車間、工序、班組、設(shè)備等不同維度掌握企業(yè)能源消耗、產(chǎn)線比對、效率分析、同環(huán)比分析、能耗折標、事件記錄、運行監(jiān)視、異常報警、配電圖、工藝流程圖、能流圖。

8.34知識產(chǎn)權(quán)證書

9、系統(tǒng)硬件配置

10、結(jié)束語

碳達峰、碳中和戰(zhàn)略對城市軌道交通行業(yè)既是挑戰(zhàn)更是實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的機遇，文章以智慧賦能城市軌道交通車站節(jié)能降碳為目標，提出智慧能耗管理系統(tǒng)架構(gòu)及功能，通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)對風、水、電、熱、氣等各類能源的實時數(shù)據(jù)采集及監(jiān)視，通過對能源消耗規(guī)律及趨勢分析制定合理科學的節(jié)能策略，終實現(xiàn)對車站能源的綜合節(jié)能管理與管控。智慧能耗管理系統(tǒng)是城市軌道交通綜合能耗智能管理的一種有益嘗試，下一步要加強對節(jié)能降耗體系和評估指標的研究，同時通過示范項目打造綠色車站，進一步引導行業(yè)開展綠色城市軌道交通落地實踐。

參考文獻

[1]周超.張銘.趙俊華.王越彤.韓佩瑤.城市軌道交通車站智慧能耗管理系統(tǒng)研究[J].現(xiàn)代城市軌道交通，2022，8：69-74，6

[2]鄧琪瀅.城市軌道交通節(jié)能技術(shù)發(fā)展趨勢研究[J].交通世界，2019（Z1）：250-251.

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與選型手冊.2022.05版.

[4]安科瑞企業(yè)能源管控平臺.2020.08版.