摘 要:為響應(yīng)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(diǎn)和技術(shù)不足，針對(duì)車站內(nèi)傳統(tǒng)的能耗統(tǒng)計(jì)管理存在周期長(zhǎng)、人力物力耗費(fèi)大、風(fēng)水系統(tǒng)無智能化聯(lián)動(dòng)，電表、水表出現(xiàn)故障時(shí)不能及時(shí)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(duì)車站水、氣、電、熱等多種能源進(jìn)行智能化分析和管理。運(yùn)用針對(duì)性節(jié)能管理、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集、聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)控制等策略，在提升車站智慧化水平的同時(shí)實(shí)現(xiàn)車站節(jié)能增效，為城市軌道交通智慧運(yùn)營提供智能化決策。特別是在疫情防控常態(tài)化形勢(shì)下，車站設(shè)備使用強(qiáng)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(yùn)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(kuò)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(yīng)的發(fā)揮主要從“車站"人手。同時(shí)，為助推國家雙碳戰(zhàn)略目標(biāo)實(shí)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(yīng)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(gè)車站常規(guī)用電的 50%以上，尤其在制冷季節(jié)，甚至達(dá)到 60%~80%。在前期設(shè)計(jì)階段，空調(diào)系統(tǒng)均需要按照城市軌道交通運(yùn)營的大負(fù)荷進(jìn)行設(shè)計(jì)，并預(yù)留一定的余量。而在實(shí)際運(yùn)營過程中，空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行在較大負(fù)荷水平的時(shí)間占比通常不到全部時(shí)間的20%，采用常規(guī)控制策略存在較大的能源浪費(fèi)[司。傳統(tǒng)的能耗統(tǒng)計(jì)管理方法無法實(shí)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(dòng)售檢票系統(tǒng)、消防設(shè)備等的用電量檢測(cè)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(cè)。近年來，各地城市軌道交通運(yùn)營企業(yè)開展了各類節(jié)能技術(shù)的產(chǎn)品應(yīng)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(dá)到節(jié)能降耗的目的。部分車站在現(xiàn)場(chǎng)加裝智能電表和水表，通過遠(yuǎn)程通信實(shí)現(xiàn)與能耗管理系統(tǒng)后臺(tái)的對(duì)接，并對(duì)車站內(nèi)用電、用水量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以輔助實(shí)現(xiàn)節(jié)能控制。這些舉措雖然提高了車站對(duì)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(duì)分散、獨(dú)立，尚未深人開展對(duì)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(duì)性的能耗管理策略，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(shí)實(shí)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(jì)管理存在周期長(zhǎng)，風(fēng)水系統(tǒng)無智能化聯(lián)動(dòng)，電表、水表出現(xiàn)故障時(shí)不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理等缺陷與不足，影響車站運(yùn)營安全。在人工抄表情況下存在人工出錯(cuò)、數(shù)據(jù)重復(fù)統(tǒng)計(jì)修正、無法實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)、上報(bào)數(shù)據(jù)的情況，造成人力物力資源浪費(fèi)。冷卻水與風(fēng)機(jī)目前為定時(shí)任務(wù)模式，存在能耗進(jìn)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(shí)現(xiàn)各類能源的節(jié)能管理與管控，對(duì)風(fēng)、水、電及其他能源消耗進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)能源消耗規(guī)律及趨勢(shì)進(jìn)行分析并提供數(shù)據(jù)支撐，以制定科學(xué)合理的節(jié)能策略。

2.2 站點(diǎn)環(huán)境特點(diǎn)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(fù)荷較高。

(2)空調(diào)負(fù)荷波動(dòng)較大。車站空調(diào)通風(fēng)負(fù)荷的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)通常長(zhǎng)達(dá) 20~30年。隨著城市發(fā)展、沿線人口增長(zhǎng)、換乘站點(diǎn)增多后，客流量將出現(xiàn)顯著變化，最初的空調(diào)負(fù)荷設(shè)計(jì)和控制方案往往隨著運(yùn)營時(shí)間的推移而日趨不合理。同時(shí)，車站空調(diào)負(fù)荷也具有周期性變化和突發(fā)波動(dòng)并存的特性。采用定流量、定風(fēng)量的控制策略不合理，并且易造成一定的能耗浪費(fèi)。

(3)通風(fēng)要求高。高峰時(shí)段車站內(nèi)高度密集的人群會(huì)釋放出大量的異味和二氧化碳。由于車站作為長(zhǎng)期固定建筑，因地層的蓄熱作用，自運(yùn)營初期起城市軌道交通系統(tǒng)內(nèi)部的溫度會(huì)逐年升高。若未能及時(shí)排出熱量，會(huì)增加城市軌道交通系統(tǒng)的遠(yuǎn)期熱負(fù)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(yùn)行與風(fēng)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(shí)間等因素的變化，空調(diào)的負(fù)荷需求也動(dòng)態(tài)變化。常規(guī)的冷源群控系統(tǒng)與風(fēng)控系統(tǒng)一般獨(dú)立設(shè)計(jì)、獨(dú)立運(yùn)行，水系統(tǒng)與風(fēng)系統(tǒng)的運(yùn)行信息沒有互通互聯(lián)。供應(yīng)側(cè)的運(yùn)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(yīng)，造成一定能源浪費(fèi)，末端服務(wù)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(jì)通常是針對(duì)設(shè)計(jì)日工況(即末端負(fù)荷較大的工況)進(jìn)行系統(tǒng)管路和動(dòng)力設(shè)備的選型配置。而設(shè)計(jì)日工況的運(yùn)行時(shí)間，在空調(diào)系統(tǒng)全年運(yùn)行的時(shí)間占比不到 20%，大部分時(shí)段系統(tǒng)都處于部分負(fù)荷，系統(tǒng)水流量有較大富余，存在一定的能源浪費(fèi)。此外，當(dāng)前一次泵和冷卻水泵以工頻方式運(yùn)行也存在大量能源耗費(fèi)。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(fù)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(fù)雜，節(jié)能難度高。站內(nèi)風(fēng)水系統(tǒng)涉及冷主機(jī)、冷凍循環(huán)泵、冷卻循環(huán)泵、冷卻塔以及多臺(tái)風(fēng)機(jī)設(shè)備，實(shí)際運(yùn)行環(huán)境下的設(shè)備運(yùn)行組合表現(xiàn)為空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行能耗。常規(guī)的群控系統(tǒng)不能實(shí)時(shí)提供所需的決策支持信息，實(shí)際運(yùn)行過程中也未對(duì)上述信息進(jìn)行粗略匯總。因此，有必要采用更加智能的風(fēng)水聯(lián)動(dòng)智能控制單元，全時(shí)段、全自動(dòng)地對(duì)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行進(jìn)行優(yōu)化。

(4)設(shè)備運(yùn)行維護(hù)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(fèi)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(yùn)行。對(duì)于冷水主機(jī)、組合式空調(diào)箱等設(shè)備，投資大且維護(hù)成本高，沒有制定相應(yīng)的設(shè)備維保策略。因此，有必要通過性能檢測(cè)跟蹤技術(shù)，實(shí)時(shí)檢測(cè)設(shè)備性能變化，對(duì)異常的性能衰減給出提示信息并針對(duì)性給出維護(hù)建議。

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

現(xiàn)場(chǎng)通過廠區(qū)局域網(wǎng)和平臺(tái)通訊，平臺(tái)搭建在客戶自己配置的服務(wù)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(hào)登陸網(wǎng)頁以及手機(jī)APP查看各處的運(yùn)行情況。

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

現(xiàn)場(chǎng)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(cè)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(fù)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(cè)模塊以及合格供應(yīng)商的水表、氣表、冷熱量表等。

網(wǎng)絡(luò)通訊層：包含現(xiàn)場(chǎng)智能網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)等設(shè)備。智能網(wǎng)關(guān)主動(dòng)采集現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備層設(shè)備的數(shù)據(jù)，并可進(jìn)行規(guī)約轉(zhuǎn)換，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，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(wù)器，智能網(wǎng)關(guān)可在網(wǎng)絡(luò)故障時(shí)將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在本地，待網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時(shí)從中斷的位置繼續(xù)上傳數(shù)據(jù)，保證服務(wù)器端數(shù)據(jù)不丟失。

平臺(tái)管理層：包含應(yīng)用服務(wù)器、WEB服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器，一般應(yīng)用服務(wù)器和WEB服務(wù)器可以合一配置。

平臺(tái)采用分層分布式結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，詳細(xì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如下：

8、系統(tǒng)功能

平臺(tái)采用自動(dòng)化、信息化技術(shù)和集中管理模式，對(duì)企業(yè)的生產(chǎn)、輸配和消耗環(huán)節(jié)實(shí)行集中扁平化的動(dòng)態(tài)監(jiān)控和數(shù)據(jù)化管理。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(shì)分析，幫助企業(yè)加強(qiáng)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(tái)登錄

在瀏覽器打開云平臺(tái)鏈接、輸入賬戶名和權(quán)限密碼，進(jìn)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(jìn)入大屏展示頁面，展示企業(yè)及各區(qū)域的能耗折標(biāo)、產(chǎn)值、異常、排名、占比、通訊情況，點(diǎn)擊區(qū)域展示該區(qū)域的分類能耗、產(chǎn)值等相關(guān)信息。