地鐵車站綜合節能系統技術研究及應用

吳 剛

（廣州地鐵設計研究院有限公司，廣東廣州 510010）

國內地鐵初建的各個機電系統大多采用分立設置、獨立管理的模式，各個系統不能有效地結合起來，只是按照之前的固定模式或者工況運行，結果常常導致系統資源共享困難，不利于維護管理，同時多數系統設備“大馬拉小車”的問題嚴重制約了地鐵行業節能工作的推廣。因此，有必要將涉及城市軌道交通的多項技術專業緊密結合起來，降低綜合能耗，實現“用有限的能源消耗取得最大的經濟利益”的目標。選擇廣州地鐵?2?號線三元里站作為節能研究的示范點，選取能耗較大的通風空調、提升設備、照明等為節能專業，在節能控制系統與能源管理系統的基礎上，搭建統一的節能應用、控制、管理綜合節能系統平臺，做到變被動應付為主動分析，提高能源利用率，提高能源管理水平；同時提升企業動態管理水平，保障安全生產，為企業帶來長久的經濟效益。

1 現狀分析

三元里站是廣州地鐵?2?號線的一座普通地下車站。2?號線全線設置了環境與設備監控系統，環境與設備監控系統負責車站及區間機電設備監控管理，包括隧道通風、車站通風空調、給排水、照明、自動扶梯及電梯、屏蔽門、防淹門。環境與設備監控系統分中央級、車站級、現場級?3?級。中央級設置在公園前控制中心，負責全線集中監控管理；三元里站設置車站級，負責站內監控管理；現場設置控制器進行環境參數、設備狀態采集及控制。目前，2?號線無綜合節能系統。

2 綜合節能方案

綜合節能系統就是從體系的全過程出發，遵循建立統一管理、綜合節能的指導思想，注重建立和實施過程的控制，使地鐵運營的活動、過程及其要素不斷優化，通過例行節能監測、能源審計、能效對標、內部審核、能耗計量與測試、能量平衡統計、管理評審、自我評價、節能技改、節能考核等措施，不斷提高綜合節能系統持續改進的有效性，實現并達到預期的能源消耗或使用目標。

對地鐵車站綜合節能的研究將通過?3?個子系統進行研究，分別是節能控制系統、能源管理系統和綜合節能管理系統，每個系統既可獨立運行又相互協作。

（1）節能控制系統負責對環境參數、設備參數的數據采集；根據通風空調、照明和自動扶梯的節能控制策略進行節能控制；節能控制系統將采集的數據上傳綜合節能管理系統，并執行綜合節能管理系統下達的節能優化調整指令。

（2）能源管理系統負責對能耗參數（電量）、電能質量相關的參數進行數據采集和顯示，并按綜合節能管理系統的要求進行篩選、分類、匯總后上傳綜合節能管理系統。

（3）綜合節能管理系統根據上傳的數據對節能效果和能耗水平進行分析和評估，并結合服務水平對節能控制目標提出節能控制的優化調整建議，可向節能控制系統下發節能優化調整指令，對現有節能方案進行優化調整。

綜合節能系統方案構成如圖?1?所示。

3 節能方案研究

3.1 能耗統計分析

系統自動生成設備能耗數據報告，按時、天、周、月、年提供不同設備的具體能耗數據，實現按線路、車站對能耗數據進行比較、排名，幫助用戶了解能耗數據的使用情況，對耗能比較大的設備進行分析，發現能耗過程中的差異、異常，從而為節能決策提供幫助。

3.2 參數優化調整

根據對車站各類用電設備的能耗分析，綜合考慮行車密度、進出站客流、環境參數（溫度、濕度等）、服務質量各種因素，可以對模式參數進行優化調整，產生節能優化預案。綜合節能管理系統向節能控制系統下發節能優化預案。可進行參數優化調整的模式見表?1。

3.3 時間表參數優化調整及時間表管理

按運營要求，將一些模式以天為單位，按照時間順序組合在一起，實現系統高度自動化運行。制定隧道通風系統、車站大系統及水系統、供冷系統、照明等系統時間表（分季節、月、星期、節假日及用戶自定義）。一天的時間表可劃分為不少于?30?個時段，精確到分鐘。不同時段對應不同模式，可下發當天和第?2?天的時間表到車站。系統應用軟件應具備時間表編輯功能，能在顯示工作站相關畫面上選擇相關模式和各模式執行的啟停時間，并能將編輯好的時間表下發到車站系統。

表1 可優化調整參數的模式

圖1 綜合節能系統方案

4 系統應用

選擇廣州地鐵?2?號線的三元里站作為節能研究的示范點，在三元里站增設?1?套綜合節能系統，配置相關系統硬件，與研究范圍內的內部系統進行接口，實現系統間的數據通信功能，并與自動售檢票系統（AFC）、信號系統進行接口，獲取節能分析所需的參數。

三元里站綜合節能系統硬件構成如圖?2?所示。

綜合節能管理系統硬件主要包括：1?臺服務器、1?套工作站、1?臺打印機、1?臺不間斷電源，1?臺交換機。

綜合節能系統軟件分為?2?層（圖?3）。

第?1?層：業務層。用于針對節能控制及能耗分析的各類應用，主要業務模塊包括：對城市軌道交通各生產系統的信息收集；對節能控制系統上傳信息的管理；對能源管理系統上傳信息的管理；節能控制效果、能耗狀況與管理需求和運營服務水平匹配性分析；多系統之間配合的節能方案制定；各系統節能調整優化方案的制定、審批及下發。

第?2?層：管理層。用于對綜合節能系統的基本管理，主要管理模塊包括：WEB?頁面的展示、權限管理功能、與外單位的接口、統計查詢功能、數據報表功能、短信發布功能。

圖2 三元里站綜合節能系統構成圖

圖3 三元里站綜合節能系統軟件構成

綜合節能系統結合相關系統節能技術應用研究方案，在節能控制系統、能源管理系統的基礎上構建綜合節能系統，經過研發、設計、生產、測試等環節，完成了實體樣機。實體樣機在試驗點廣州地鐵?2?號線三元里車站進行現場安裝、現場試驗和相關數據測試，對測試數據進行了分析，并重點驗證了綜合節能系統全面的統計、分析、管理功能。目前系統運行良好，已成功運用并交給運營部門使用，經過第三方檢測單位驗證后，順利完成了項目設計階段要求總體節能?15%?的目標。

5 結論

節能涉及城市軌道交通多項專業技術，將節能分析、節能設計、節能管理緊密結合起來，達到降低綜合能耗指標的目的，實現“通過有限的能源消耗取得最大的經濟利益”的目標。本研究成果作為一個全面、系統的節能方案，將具有先進的指導意義和廣闊的應用前景，不但可以應用在廣州市既有線路升級改造以及規劃的線路設計中，也可在國內其他城市軌道交通線路進行推廣應用，形成規模效應，提升我國城市軌道交通行業機電系統發展水平的同時，也將取得顯著的經濟效益和社會效益。