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(yíng)過(guò)程中消耗的能源主要是電能。通過(guò)對(duì)地鐵的各專業(yè)耗能情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，列車(chē)牽引、動(dòng)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(dòng)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(jì)分析，水、煤氣、油、制冷的消耗也呈現(xiàn)逐年遞增的趨勢(shì)。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(wèn)題
目前，能源消耗的統(tǒng)計(jì)比較粗放，只能從宏觀方面進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，被動(dòng)地進(jìn)行原因分析，被動(dòng)地采取措施，事后彌補(bǔ)，而不能事前預(yù)測(cè)，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(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，且各部門(mén)、各專業(yè)各自為政，缺乏系統(tǒng)性。問(wèn)題產(chǎn)生的原因就是對(duì)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(jì)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(jiǎn)稱地鐵公司）擬對(duì)哈爾濱地鐵建立一個(gè)智慧能源管理系統(tǒng)，對(duì)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(tái)
智慧能源管理系統(tǒng)平臺(tái)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(dòng)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(hào)線及未來(lái)運(yùn)行的幾條線都要包含進(jìn)去，且該平臺(tái)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(guò)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(shí)別各專業(yè)、各種類型設(shè)備耗能的信息數(shù)據(jù)，并對(duì)采集的耗能數(shù)據(jù)信息進(jìn)行存儲(chǔ)。（2）人機(jī)交互模塊。系統(tǒng)必須能識(shí)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(jì)分析模塊。該模塊需對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，對(duì)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(guò)大數(shù)據(jù)研判，生成科學(xué)的節(jié)能指標(biāo)，通過(guò)與實(shí)際的節(jié)能指標(biāo)對(duì)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(bào)表生成模塊。該模塊需要按人的意圖、通過(guò)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(lái)。（6）數(shù)據(jù)查詢模塊。通過(guò)人機(jī)交互，能輸出人想要的結(jié)果。（7）預(yù)警及報(bào)警模塊。通過(guò)文字提示，聲光報(bào)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(guò)地圖導(dǎo)航，對(duì)各線路、各開(kāi)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(shì)分析模塊。該模塊要能根據(jù)一段時(shí)期能耗的統(tǒng)計(jì)分析，橫向比較，縱向比較等方式，對(duì)未來(lái)的耗能趨勢(shì)進(jìn)行智能判斷，并給出趨勢(shì)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(guò)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(duì)電力能源數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，而且對(duì)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(duì)哈爾濱地鐵能耗進(jìn)行管理。（2）強(qiáng)大的報(bào)表功能。系統(tǒng)要能輸出全部能耗的日?qǐng)?bào)表、月報(bào)表、季度報(bào)表、年報(bào)表，能輸出某個(gè)專業(yè)、某條電氣回路、某塊表、某個(gè)電氣設(shè)備各個(gè)時(shí)期的報(bào)表。總之，要達(dá)到按照人的期望，輸出各種樣式的符合預(yù)期的報(bào)表。（3）精準(zhǔn)的定位功能。系統(tǒng)通過(guò)地圖導(dǎo)航、各種定位設(shè)備及各種開(kāi)關(guān)量，要對(duì)各節(jié)能采集點(diǎn)進(jìn)行精確定位，要具體到每個(gè)工班、每座車(chē)站、每個(gè)儀表、每條回路、每個(gè)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(shì)判斷，更好地建立科學(xué)的節(jié)能指標(biāo)，才能對(duì)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(guò)對(duì)采集的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，并通過(guò)大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)目前全國(guó)地鐵的運(yùn)行能耗情況，制定一個(gè)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(guò)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(duì)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(guò)該功能對(duì)一些超出能耗指標(biāo)的設(shè)備、開(kāi)關(guān)、控制閥等進(jìn)行自動(dòng)關(guān)閉，或者自動(dòng)調(diào)節(jié)相關(guān)閥門(mén)的開(kāi)啟程度，控制流量。這就需要系統(tǒng)傳輸信號(hào)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(shì)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(cè)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(guò)該智能管理平臺(tái)，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(shì)分析，給出未來(lái)一定時(shí)期的能耗走勢(shì)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(huì)性。節(jié)能的形式、概念及社會(huì)對(duì)節(jié)能的指標(biāo)、要求是隨著時(shí)間的變化不斷變化的，所以在建設(shè)開(kāi)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(méi)有數(shù)據(jù)也就沒(méi)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(mén)要對(duì)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(chē)牽引、動(dòng)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(wú)法采集、采集數(shù)據(jù)制式不對(duì)等問(wèn)題，并對(duì)問(wèn)題進(jìn)行系統(tǒng)性分析，深入現(xiàn)場(chǎng)，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(chē)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(yíng)，不能給地鐵帶來(lái)運(yùn)營(yíng)隱患，否則應(yīng)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，制定并落實(shí)風(fēng)險(xiǎn)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(chǎng)實(shí)際的傳感器或采集器，對(duì)電、熱、煤氣、油等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集；并對(duì)原來(lái)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(tái)搭建
按系統(tǒng)容量準(zhǔn)備符合要求的機(jī)房，購(gòu)置數(shù)據(jù)庫(kù)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(pán)陣列存儲(chǔ)等硬件，搭建系統(tǒng)平臺(tái)，并進(jìn)行軟件安裝。
3.系統(tǒng)調(diào)試
平臺(tái)建設(shè)完成后，需要進(jìn)行軟、硬件調(diào)試，并對(duì)采集的數(shù)據(jù)按預(yù)期計(jì)劃分析判斷。此過(guò)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(huì)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(dòng)控制的各種開(kāi)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(gè)月的試運(yùn)行，驗(yàn)證能否實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能。通過(guò)耗能數(shù)據(jù)比較，保證比較的結(jié)果更具直觀性，可對(duì)耗能較大的專業(yè)進(jìn)行一定時(shí)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(dòng)控制的正確性及智能性。此階段非常關(guān)鍵，對(duì)于不符合預(yù)期的采集數(shù)據(jù)、開(kāi)關(guān)量、聯(lián)動(dòng)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(dòng)控制邏輯的正確性。
5.系統(tǒng)正式運(yùn)營(yíng)
經(jīng)過(guò)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(kāi)始正式運(yùn)營(yíng)，實(shí)現(xiàn)智能節(jié)能控制。
五、結(jié)語(yǔ)
哈爾濱地鐵能源管理系統(tǒng)建設(shè)是一個(gè)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(gè)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(dòng)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
