實現能耗的智能化管理(上)

北京市地鐵運營有限公司（以下簡稱“地鐵公司”）成立于1970年，運營管理了新中國第一條地鐵。2003年按照投資、建設、運營三分開體制，確立成為北京市承擔軌道交通運營管理的專業公司。公司業務布局包括運營業務、新線業務和關聯業務三個板塊，運營業務是核心業務。截至2017年底，地鐵公司運營管理16條線路，471公里，282座車站，客運量達到30.82億人次，占北京市軌道交通運量的82%。地鐵公司2017年綜合能耗19.4萬噸標煤，能源消費占運營成本的15%左右，能耗總量大，設備龐雜。地鐵公司積極籌建線網級能源計量與管理系統，提升企業能源管理信息化、精細化水平。

建設目標

通過建設北京地鐵能耗統計與監測平臺，實現企業能耗管理的標準化、數字化、智能化。

第一，標準化。研究構建能耗模型，數據接入標準。面對地鐵種類繁多的設施設備，從分類、分項和分戶三個維度構建能耗統計模型，梳理北京地鐵智能表計覆蓋原則，制定數據采集接口標準。使北京地鐵在未來能耗系統建設、管理、運營的過程中，做到有標準，有規范，有原則。第二，數字化。通過建設北京地鐵能耗統計與監測平臺，實現全路網能耗數據從采集端到管理端全過程數字化、自動化、減少人工干預因素。同時實現能耗信息的線網級、線路級、車站級三級管理，線路級、車站級、就地級三級監測。第三，智能化。運用大數據等先進技術手段，實現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據支持，提升公司能源管理水平。

建設規劃

第一個階段：規劃制定。2013年至14年，開展計量與管理系統相關科研課題研究，對公司所轄各線路具備計量基礎的綜合監控、電能質量系統等進行了調研，對能耗的在線監測、計量配置和數據情況進行了全面梳理和分析，形成了公司能源管理信息化規劃。

第二個階段：線網級能耗統計與監測平臺建設。平臺方案得到相關部門的大力支持，專門調研了北京市和交通行業節能減排監測平臺，項目建設方案和軟件功能經過了多輪優化。

自2015年下半年下達項目計劃，軟件開發及施工建設整個過程歷時2年半，在2017年底進行了竣工驗收。

通過對各線路、站點、車輛段的用能分類、分項、分戶進行計量，實現對各級用能單位及用能設備進行實時計量，實時采集相關的能耗數據。為各級用能單位的用能管理、用能設備的用能分析、用能診斷提供精確的數據支撐。

平臺規劃一個能耗數據中心，三個應用平臺，數據統計、大數據分析、碳排放管理等八個功能模塊。應用分類、聚類、回歸等不同算法，特別是在能耗大數據挖掘分析和可視化方面做了重點提升。

建設方案

平臺通過采集、存儲、分析地鐵能耗數據，建立覆蓋北京地鐵網各條線路能源計量與管理系統，統計及監測各條線路、各個車站主要設備設施及車輛段等能源消耗情況，實現軌道交通能源消耗的精細化管理，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狀，為北京地鐵公司節能減排目標提供數據支持。

平臺主要創新亮點如下：

1.線網級平臺：全國首個整合了能耗數據、電能質量、運營信息、設備運行及相關基礎數據的線網級綜合能耗管理平臺，平臺的特點是能耗數據全、能源使用的主要影響因素信息多，并且在一個平臺做了整合。

2.數據標準化：（1）線路級數據采集接入標準化。解決線路之間數據異構的問題，增強線網系統數據的標準化水平，特制定對于地鐵線路及車站內的分項智能電表、設備設施運行狀態、客流運營數據接入標準。

（2）表計覆蓋標準。面對地鐵種類繁多的設施設備，從分類、分項和分戶三個維度構建能耗統計模型，梳理北京地鐵智能表計覆蓋原則，制定每條線路、車站、主要設備級表計覆蓋標準。

3.分類、分項、分戶模型制定：

（1）分類分項模型。北京地鐵能耗主要分類為電量、水耗量、燃氣量、燃油等，根據實際能耗狀況，建立能耗分類分項在線計量模型。

（2）分戶模型

按照地鐵能源管理要求，要對各部門或各經濟核算單位進行用能分戶計量，即將各個經濟核算單位或部門相關的各類表計的計量值進行合并計算，從而得到各個單位或部門的各類能耗總值。全線路能源管理系統分戶計量，主要以車站、車輛段（停車場）和其他輔助建筑為分戶單位進行計量。

4.智能分析統計：基于地鐵交通及用能個性化特征，客流量、列車出行量、運營時間、環境溫濕度、照度、通風等參數，基于大數據智能對用能的主體如線路、沿線車站、重點設備能耗分析挖掘、預測及科學合理地進行系統性節能控制。采用統計計量的手段和方法，采用圖表、柱狀圖等形式，對地鐵車輛數據情況進行分析，為掌握交通行業運營和能耗效率提供支撐。

5.輔助決策：（1）用能診斷：能源診斷應以系統提供的數據為依據，基于能耗數據的統計和分析，進行合理用能程度、能源質量監測等。系統應根據環境溫濕度、空調冷量、天然氣以及熱力消耗量等參數，對重點用能主體及重點能耗設備進行系統性的能效管理工作。

（2）能效分析：系統通過分析城市軌道交通各個系統的車輛運行情況、客流、設備用能特點等，得出城市軌道交通具有典型的分布式特性，應用分布式動態建模理論研究能耗數據模型，挖掘能耗的運營與變化規律，對海量的能耗數據信息進行高效處理、分析和優化;加強對既有與新型軌道交通系統的節能管理。

（3）節能潛力分析：依據實際監測數據與能耗指標值進行對比，得到重點用能單位的節能潛力;通過引入同行業、同等級單位能耗數據進行對比的方式得到節能潛力值;將系統中高能耗單元數據鎖定為節能減排的工作對象，對其進行節能潛力分析。

（4）能源平衡分析：根據能源平衡的結果，對用能情況進行全面、系統的分析，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，弄清地鐵的能源構成及其來龍去脈，從而了解能源損失的大小與分布，損失的原因和存在的問題，以利于采取節能措施;可掌握地鐵用能水平。

6.能耗報警與預警：軌道交通能耗報警與預警主要是指對地鐵各條線路的各項異常能耗值的報警功能;并根據能耗的發展趨勢進行預警，以應對可能存在的運營安全隱患及未來潛在的異常能耗值。

（1）車輛能耗報警與預警： 對軌道交通的各線路車輛牽引能耗異常進行報警，及時排除異常或采取相應的措施。通過分析大量的能耗歷史數據，得到相應的閾值，將超過閾值的數據視為異常數據。同時根據各條線路牽引能耗的發展趨勢，對能耗增長過快線路進行預警。

（2）地鐵線路能耗報警與預警：對軌道交通的各線路能耗異常進行報警，及時排除異常或采取相應的措施。同時根據各條線路能耗的發展趨勢，對能耗增長過快線路進行預警。

（3）企業能耗指標完成進度預警

對軌道交通各企業能耗異常進行報警，及時排除異常或采取相應的措施。同時根據各企業能耗的發展趨勢，對能耗增長過快企業進行預警。