实现能耗的智能化管理(上)

北京市地铁运营有限公司（以下简称“地铁公司”）成立于1970年，运营管理了新中国第一条地铁。2003年按照投资、建设、运营三分开体制，确立成为北京市承担轨道交通运营管理的专业公司。公司业务布局包括运营业务、新线业务和关联业务三个板块，运营业务是核心业务。截至2017年底，地铁公司运营管理16条线路，471公里，282座车站，客运量达到30.82亿人次，占北京市轨道交通运量的82%。地铁公司2017年综合能耗19.4万吨标煤，能源消费占运营成本的15%左右，能耗总量大，设备庞杂。地铁公司积极筹建线网级能源计量与管理系统，提升企业能源管理信息化、精细化水平。

建设目标

通过建设北京地铁能耗统计与监测平台，实现企业能耗管理的标准化、数字化、智能化。

第一，标准化。研究构建能耗模型，数据接入标准。面对地铁种类繁多的设施设备，从分类、分项和分户三个维度构建能耗统计模型，梳理北京地铁智能表计覆盖原则，制定数据采集接口标准。使北京地铁在未来能耗系统建设、管理、运营的过程中，做到有标准，有规范，有原则。第二，数字化。通过建设北京地铁能耗统计与监测平台，实现全路网能耗数据从采集端到管理端全过程数字化、自动化、减少人工干预因素。同时实现能耗信息的线网级、线路级、车站级三级管理，线路级、车站级、就地级三级监测。第三，智能化。运用大数据等先进技术手段，实现北京地铁能源管理的智能化。为北京地铁能源管理策略制定提供全面的数据支持，提升公司能源管理水平。

建设规划

第一个阶段：规划制定。2013年至14年，开展计量与管理系统相关科研课题研究，对公司所辖各线路具备计量基础的综合监控、电能质量系统等进行了调研，对能耗的在线监测、计量配置和数据情况进行了全面梳理和分析，形成了公司能源管理信息化规划。

第二个阶段：线网级能耗统计与监测平台建设。平臺方案得到相关部门的大力支持，专门调研了北京市和交通行业节能减排监测平台，项目建设方案和软件功能经过了多轮优化。

自2015年下半年下达项目计划，软件开发及施工建设整个过程历时2年半，在2017年底进行了竣工验收。

通过对各线路、站点、车辆段的用能分类、分项、分户进行计量，实现对各级用能单位及用能设备进行实时计量，实时采集相关的能耗数据。为各级用能单位的用能管理、用能设备的用能分析、用能诊断提供精确的数据支撑。

平台规划一个能耗数据中心，三个应用平台，数据统计、大数据分析、碳排放管理等八个功能模块。应用分类、聚类、回归等不同算法，特别是在能耗大数据挖掘分析和可视化方面做了重点提升。

建设方案

平台通过采集、存储、分析地铁能耗数据，建立覆盖北京地铁网各条线路能源计量与管理系统，统计及监测各条线路、各个车站主要设备设施及车辆段等能源消耗情况，实现轨道交通能源消耗的精细化管理，完善轨道交通能源管理辅助决策分析功能，明确轨道交通能耗影响因素，全面掌握轨道交通能源消耗现状，为北京地铁公司节能减排目标提供数据支持。

平台主要创新亮点如下：

1.线网级平台：全国首个整合了能耗数据、电能质量、运营信息、设备运行及相关基础数据的线网级综合能耗管理平台，平台的特点是能耗数据全、能源使用的主要影响因素信息多，并且在一个平台做了整合。

2.数据标准化：（1）线路级数据采集接入标准化。解决线路之间数据异构的问题，增强线网系统数据的标准化水平，特制定对于地铁线路及车站内的分项智能电表、设备设施运行状态、客流运营数据接入标准。

（2）表计覆盖标准。面对地铁种类繁多的设施设备，从分类、分项和分户三个维度构建能耗统计模型，梳理北京地铁智能表计覆盖原则，制定每条线路、车站、主要设备级表计覆盖标准。

3.分类、分项、分户模型制定：

（1）分类分项模型。北京地铁能耗主要分类为电量、水耗量、燃气量、燃油等，根据实际能耗状况，建立能耗分类分项在线计量模型。

（2）分户模型

按照地铁能源管理要求，要对各部门或各经济核算单位进行用能分户计量，即将各个经济核算单位或部门相关的各类表计的计量值进行合并计算，从而得到各个单位或部门的各类能耗总值。全线路能源管理系统分户计量，主要以车站、车辆段（停车场）和其他辅助建筑为分户单位进行计量。

4.智能分析统计：基于地铁交通及用能个性化特征，客流量、列车出行量、运营时间、环境温湿度、照度、通风等参数，基于大数据智能对用能的主体如线路、沿线车站、重点设备能耗分析挖掘、预测及科学合理地进行系统性节能控制。采用统计计量的手段和方法，采用图表、柱状图等形式，对地铁车辆数据情况进行分析，为掌握交通行业运营和能耗效率提供支撑。

5.辅助决策：（1）用能诊断：能源诊断应以系统提供的数据为依据，基于能耗数据的统计和分析，进行合理用能程度、能源质量监测等。系统应根据环境温湿度、空调冷量、天然气以及热力消耗量等参数，对重点用能主体及重点能耗设备进行系统性的能效管理工作。

（2）能效分析：系统通过分析城市轨道交通各个系统的车辆运行情况、客流、设备用能特点等，得出城市轨道交通具有典型的分布式特性，应用分布式动态建模理论研究能耗数据模型，挖掘能耗的运营与变化规律，对海量的能耗数据信息进行高效处理、分析和优化;加强对既有与新型轨道交通系统的节能管理。

（3）节能潜力分析：依据实际监测数据与能耗指标值进行对比，得到重点用能单位的节能潜力;通过引入同行业、同等级单位能耗数据进行对比的方式得到节能潜力值;将系统中高能耗单元数据锁定为节能减排的工作对象，对其进行节能潜力分析。

（4）能源平衡分析：根据能源平衡的结果，对用能情况进行全面、系统的分析，以便明确地铁能源利用程度，能源损失的大小、分布与损失发生的原因。主要作用是可摸清地铁耗能情况，弄清地铁的能源构成及其来龙去脉，从而了解能源损失的大小与分布，损失的原因和存在的问题，以利于采取节能措施;可掌握地铁用能水平。

6.能耗报警与预警：轨道交通能耗报警与预警主要是指对地铁各条线路的各项异常能耗值的报警功能;并根据能耗的发展趋势进行预警，以应对可能存在的运营安全隐患及未来潜在的异常能耗值。

（1）车辆能耗报警与预警： 对轨道交通的各线路车辆牵引能耗异常进行报警，及时排除异常或采取相应的措施。通过分析大量的能耗历史数据，得到相应的阈值，将超过阈值的数据视为异常数据。同时根据各条线路牵引能耗的发展趋势，对能耗增长过快线路进行预警。

（2）地铁线路能耗报警与预警：对轨道交通的各线路能耗异常进行报警，及时排除异常或采取相应的措施。同时根据各条线路能耗的发展趋势，对能耗增长过快线路进行预警。

（3）企业能耗指标完成进度预警

对轨道交通各企业能耗异常进行报警，及时排除异常或采取相应的措施。同时根据各企业能耗的发展趋势，对能耗增长过快企业进行预警。