實(shí)現(xiàn)能耗的智能化管理(上)

北京市地鐵運(yùn)營(yíng)有限公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“地鐵公司”）成立于1970年，運(yùn)營(yíng)管理了新中國(guó)第一條地鐵。2003年按照投資、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)三分開(kāi)體制，確立成為北京市承擔(dān)軌道交通運(yùn)營(yíng)管理的專(zhuān)業(yè)公司。公司業(yè)務(wù)布局包括運(yùn)營(yíng)業(yè)務(wù)、新線(xiàn)業(yè)務(wù)和關(guān)聯(lián)業(yè)務(wù)三個(gè)板塊，運(yùn)營(yíng)業(yè)務(wù)是核心業(yè)務(wù)。截至2017年底，地鐵公司運(yùn)營(yíng)管理16條線(xiàn)路，471公里，282座車(chē)站，客運(yùn)量達(dá)到30.82億人次，占北京市軌道交通運(yùn)量的82%。地鐵公司2017年綜合能耗19.4萬(wàn)噸標(biāo)煤，能源消費(fèi)占運(yùn)營(yíng)成本的15%左右，能耗總量大，設(shè)備龐雜。地鐵公司積極籌建線(xiàn)網(wǎng)級(jí)能源計(jì)量與管理系統(tǒng)，提升企業(yè)能源管理信息化、精細(xì)化水平。

建設(shè)目標(biāo)

通過(guò)建設(shè)北京地鐵能耗統(tǒng)計(jì)與監(jiān)測(cè)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)能耗管理的標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)字化、智能化。

第一，標(biāo)準(zhǔn)化。研究構(gòu)建能耗模型，數(shù)據(jù)接入標(biāo)準(zhǔn)。面對(duì)地鐵種類(lèi)繁多的設(shè)施設(shè)備，從分類(lèi)、分項(xiàng)和分戶(hù)三個(gè)維度構(gòu)建能耗統(tǒng)計(jì)模型，梳理北京地鐵智能表計(jì)覆蓋原則，制定數(shù)據(jù)采集接口標(biāo)準(zhǔn)。使北京地鐵在未來(lái)能耗系統(tǒng)建設(shè)、管理、運(yùn)營(yíng)的過(guò)程中，做到有標(biāo)準(zhǔn)，有規(guī)范，有原則。第二，數(shù)字化。通過(guò)建設(shè)北京地鐵能耗統(tǒng)計(jì)與監(jiān)測(cè)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)全路網(wǎng)能耗數(shù)據(jù)從采集端到管理端全過(guò)程數(shù)字化、自動(dòng)化、減少人工干預(yù)因素。同時(shí)實(shí)現(xiàn)能耗信息的線(xiàn)網(wǎng)級(jí)、線(xiàn)路級(jí)、車(chē)站級(jí)三級(jí)管理，線(xiàn)路級(jí)、車(chē)站級(jí)、就地級(jí)三級(jí)監(jiān)測(cè)。第三，智能化。運(yùn)用大數(shù)據(jù)等先進(jìn)技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)北京地鐵能源管理的智能化。為北京地鐵能源管理策略制定提供全面的數(shù)據(jù)支持，提升公司能源管理水平。

建設(shè)規(guī)劃

第一個(gè)階段：規(guī)劃制定。2013年至14年，開(kāi)展計(jì)量與管理系統(tǒng)相關(guān)科研課題研究，對(duì)公司所轄各線(xiàn)路具備計(jì)量基礎(chǔ)的綜合監(jiān)控、電能質(zhì)量系統(tǒng)等進(jìn)行了調(diào)研，對(duì)能耗的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)、計(jì)量配置和數(shù)據(jù)情況進(jìn)行了全面梳理和分析，形成了公司能源管理信息化規(guī)劃。

第二個(gè)階段：線(xiàn)網(wǎng)級(jí)能耗統(tǒng)計(jì)與監(jiān)測(cè)平臺(tái)建設(shè)。平臺(tái)方案得到相關(guān)部門(mén)的大力支持，專(zhuān)門(mén)調(diào)研了北京市和交通行業(yè)節(jié)能減排監(jiān)測(cè)平臺(tái)，項(xiàng)目建設(shè)方案和軟件功能經(jīng)過(guò)了多輪優(yōu)化。

自2015年下半年下達(dá)項(xiàng)目計(jì)劃，軟件開(kāi)發(fā)及施工建設(shè)整個(gè)過(guò)程歷時(shí)2年半，在2017年底進(jìn)行了竣工驗(yàn)收。

通過(guò)對(duì)各線(xiàn)路、站點(diǎn)、車(chē)輛段的用能分類(lèi)、分項(xiàng)、分戶(hù)進(jìn)行計(jì)量，實(shí)現(xiàn)對(duì)各級(jí)用能單位及用能設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)量，實(shí)時(shí)采集相關(guān)的能耗數(shù)據(jù)。為各級(jí)用能單位的用能管理、用能設(shè)備的用能分析、用能診斷提供精確的數(shù)據(jù)支撐。

平臺(tái)規(guī)劃一個(gè)能耗數(shù)據(jù)中心，三個(gè)應(yīng)用平臺(tái)，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、大數(shù)據(jù)分析、碳排放管理等八個(gè)功能模塊。應(yīng)用分類(lèi)、聚類(lèi)、回歸等不同算法，特別是在能耗大數(shù)據(jù)挖掘分析和可視化方面做了重點(diǎn)提升。

建設(shè)方案

平臺(tái)通過(guò)采集、存儲(chǔ)、分析地鐵能耗數(shù)據(jù)，建立覆蓋北京地鐵網(wǎng)各條線(xiàn)路能源計(jì)量與管理系統(tǒng)，統(tǒng)計(jì)及監(jiān)測(cè)各條線(xiàn)路、各個(gè)車(chē)站主要設(shè)備設(shè)施及車(chē)輛段等能源消耗情況，實(shí)現(xiàn)軌道交通能源消耗的精細(xì)化管理，完善軌道交通能源管理輔助決策分析功能，明確軌道交通能耗影響因素，全面掌握軌道交通能源消耗現(xiàn)狀，為北京地鐵公司節(jié)能減排目標(biāo)提供數(shù)據(jù)支持。

平臺(tái)主要?jiǎng)?chuàng)新亮點(diǎn)如下：

1.線(xiàn)網(wǎng)級(jí)平臺(tái)：全國(guó)首個(gè)整合了能耗數(shù)據(jù)、電能質(zhì)量、運(yùn)營(yíng)信息、設(shè)備運(yùn)行及相關(guān)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的線(xiàn)網(wǎng)級(jí)綜合能耗管理平臺(tái)，平臺(tái)的特點(diǎn)是能耗數(shù)據(jù)全、能源使用的主要影響因素信息多，并且在一個(gè)平臺(tái)做了整合。

2.數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化：（1）線(xiàn)路級(jí)數(shù)據(jù)采集接入標(biāo)準(zhǔn)化。解決線(xiàn)路之間數(shù)據(jù)異構(gòu)的問(wèn)題，增強(qiáng)線(xiàn)網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化水平，特制定對(duì)于地鐵線(xiàn)路及車(chē)站內(nèi)的分項(xiàng)智能電表、設(shè)備設(shè)施運(yùn)行狀態(tài)、客流運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)接入標(biāo)準(zhǔn)。

（2）表計(jì)覆蓋標(biāo)準(zhǔn)。面對(duì)地鐵種類(lèi)繁多的設(shè)施設(shè)備，從分類(lèi)、分項(xiàng)和分戶(hù)三個(gè)維度構(gòu)建能耗統(tǒng)計(jì)模型，梳理北京地鐵智能表計(jì)覆蓋原則，制定每條線(xiàn)路、車(chē)站、主要設(shè)備級(jí)表計(jì)覆蓋標(biāo)準(zhǔn)。

3.分類(lèi)、分項(xiàng)、分戶(hù)模型制定：

（1）分類(lèi)分項(xiàng)模型。北京地鐵能耗主要分類(lèi)為電量、水耗量、燃?xì)饬?、燃油等，根?jù)實(shí)際能耗狀況，建立能耗分類(lèi)分項(xiàng)在線(xiàn)計(jì)量模型。

（2）分戶(hù)模型

按照地鐵能源管理要求，要對(duì)各部門(mén)或各經(jīng)濟(jì)核算單位進(jìn)行用能分戶(hù)計(jì)量，即將各個(gè)經(jīng)濟(jì)核算單位或部門(mén)相關(guān)的各類(lèi)表計(jì)的計(jì)量值進(jìn)行合并計(jì)算，從而得到各個(gè)單位或部門(mén)的各類(lèi)能耗總值。全線(xiàn)路能源管理系統(tǒng)分戶(hù)計(jì)量，主要以車(chē)站、車(chē)輛段（停車(chē)場(chǎng)）和其他輔助建筑為分戶(hù)單位進(jìn)行計(jì)量。

4.智能分析統(tǒng)計(jì)：基于地鐵交通及用能個(gè)性化特征，客流量、列車(chē)出行量、運(yùn)營(yíng)時(shí)間、環(huán)境溫濕度、照度、通風(fēng)等參數(shù)，基于大數(shù)據(jù)智能對(duì)用能的主體如線(xiàn)路、沿線(xiàn)車(chē)站、重點(diǎn)設(shè)備能耗分析挖掘、預(yù)測(cè)及科學(xué)合理地進(jìn)行系統(tǒng)性節(jié)能控制。采用統(tǒng)計(jì)計(jì)量的手段和方法，采用圖表、柱狀圖等形式，對(duì)地鐵車(chē)輛數(shù)據(jù)情況進(jìn)行分析，為掌握交通行業(yè)運(yùn)營(yíng)和能耗效率提供支撐。

5.輔助決策：（1）用能診斷：能源診斷應(yīng)以系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)為依據(jù)，基于能耗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和分析，進(jìn)行合理用能程度、能源質(zhì)量監(jiān)測(cè)等。系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)環(huán)境溫濕度、空調(diào)冷量、天然氣以及熱力消耗量等參數(shù)，對(duì)重點(diǎn)用能主體及重點(diǎn)能耗設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)性的能效管理工作。

（2）能效分析：系統(tǒng)通過(guò)分析城市軌道交通各個(gè)系統(tǒng)的車(chē)輛運(yùn)行情況、客流、設(shè)備用能特點(diǎn)等，得出城市軌道交通具有典型的分布式特性，應(yīng)用分布式動(dòng)態(tài)建模理論研究能耗數(shù)據(jù)模型，挖掘能耗的運(yùn)營(yíng)與變化規(guī)律，對(duì)海量的能耗數(shù)據(jù)信息進(jìn)行高效處理、分析和優(yōu)化;加強(qiáng)對(duì)既有與新型軌道交通系統(tǒng)的節(jié)能管理。

（3）節(jié)能潛力分析：依據(jù)實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與能耗指標(biāo)值進(jìn)行對(duì)比，得到重點(diǎn)用能單位的節(jié)能潛力;通過(guò)引入同行業(yè)、同等級(jí)單位能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比的方式得到節(jié)能潛力值;將系統(tǒng)中高能耗單元數(shù)據(jù)鎖定為節(jié)能減排的工作對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行節(jié)能潛力分析。

（4）能源平衡分析：根據(jù)能源平衡的結(jié)果，對(duì)用能情況進(jìn)行全面、系統(tǒng)的分析，以便明確地鐵能源利用程度，能源損失的大小、分布與損失發(fā)生的原因。主要作用是可摸清地鐵耗能情況，弄清地鐵的能源構(gòu)成及其來(lái)龍去脈，從而了解能源損失的大小與分布，損失的原因和存在的問(wèn)題，以利于采取節(jié)能措施;可掌握地鐵用能水平。

6.能耗報(bào)警與預(yù)警：軌道交通能耗報(bào)警與預(yù)警主要是指對(duì)地鐵各條線(xiàn)路的各項(xiàng)異常能耗值的報(bào)警功能;并根據(jù)能耗的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)警，以應(yīng)對(duì)可能存在的運(yùn)營(yíng)安全隱患及未來(lái)潛在的異常能耗值。

（1）車(chē)輛能耗報(bào)警與預(yù)警： 對(duì)軌道交通的各線(xiàn)路車(chē)輛牽引能耗異常進(jìn)行報(bào)警，及時(shí)排除異?；虿扇∠鄳?yīng)的措施。通過(guò)分析大量的能耗歷史數(shù)據(jù)，得到相應(yīng)的閾值，將超過(guò)閾值的數(shù)據(jù)視為異常數(shù)據(jù)。同時(shí)根據(jù)各條線(xiàn)路牽引能耗的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)能耗增長(zhǎng)過(guò)快線(xiàn)路進(jìn)行預(yù)警。

（2）地鐵線(xiàn)路能耗報(bào)警與預(yù)警：對(duì)軌道交通的各線(xiàn)路能耗異常進(jìn)行報(bào)警，及時(shí)排除異?；虿扇∠鄳?yīng)的措施。同時(shí)根據(jù)各條線(xiàn)路能耗的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)能耗增長(zhǎng)過(guò)快線(xiàn)路進(jìn)行預(yù)警。

（3）企業(yè)能耗指標(biāo)完成進(jìn)度預(yù)警

對(duì)軌道交通各企業(yè)能耗異常進(jìn)行報(bào)警，及時(shí)排除異?；虿扇∠鄳?yīng)的措施。同時(shí)根據(jù)各企業(yè)能耗的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)能耗增長(zhǎng)過(guò)快企業(yè)進(jìn)行預(yù)警。