能耗大数据及地铁创新节能技术与管理

1、城市轨道交通能耗大数据及节能创新技术与管理 二零一六年九月一、城市轨道交通现状二、城市轨道交通能耗大数据三、节能创新技术四、节能创新管理五、结束语一、城市轨道交通现状1.1 城市轨道交通现状截至2016年上半年，我国共有39座城市获批修建城市轨道交通，25座城市的114条线路开通运营，总里程达到3516.77公里。预计到2020年底，总运营里程将超过6000公里。已开通6条地铁线路：1号线、2号线、3号线、10号线、机场线、宁天城际线，通车里程达225公里，拥有车站121座，9座车辆基地，3个控制中心1.2 南京地铁 十三五期间，规划建设线路15条：建成6条地铁线、启动6条线建设，并加快3条江

2、北新区轨道交通的报批和建设。 2020年底完成轨道交通新建线路里程约200公里，在建里程约155公里，轨道交通运营里程达到420公里以上。 南京地铁总规划线路25条，总里程913.5公里，车站388座。二、城市轨道交通能耗大数据2.1 全国地铁能耗情况144万吨标准煤按照年用电量500万KWh/km 估算折合按地铁运营2814.57公里计2015年全国地铁年用电量140亿度左右从目前国内行业统计数据看能耗成本占运营成本的近三成 南方城市的能耗成本往往更高，北方城市低一点，但也占到运营成本的20%左右。城市轨道交通运营成本能耗成本人力成本设备维护成本管理成本2.2 能耗结构 地铁能耗中电能是第一

3、位，比重较大，南方城市在95%以上，北方城市在85%左右。2015年南京地铁电能占总能耗的97%，其余燃油和天然气占1.5%，水占1.5%。2.3 运营电耗情况全国地铁情况牵引动照占比各一半，总体平均牵引略高于动照南京地铁ABCD2015年动力及牵引用电合计4.29亿度占全南京市用电量的0.87%电耗成本为3.625亿元占全年运营成本的18.6%按照南京电价0.8451元/度2.4 南京地铁运营电耗情况三、节能创新技术3.1 现有主要节能技术节 能 坡1减少列车自重2列车变频变压控制3列车节能运行模式（惰行）4供电SVG动态无功补偿6屏蔽门7通风风机、空调机组变频控制8自动扶梯电梯变频控制9高

4、效配电变压器5出站节能坡示意图减少自重列车变频变压控制高效变压器SVG3.2.1列车再生制动能量回馈（低压）在牵引网压超过1740V后，再生制动逆变装置启动，将1500V直流电逆变为400V交流电，供给所在车站及相邻车站动力设备使用3.2 创新节能技术南京地铁结合自身特点，选取“逆变回馈到400V母线”方式在一号线进行了再生制动能量吸收逆变装置的试点。自正式投用以来，运行情况良好，单站每日吸收回馈电量在1000度左右，每年可节约电费约30万元。占用变电所空间较小，适用于老线改造，每站每年可节约电费约30万元逆变功率小，再生制动能量不能完全吸收，投资回报期较长优点缺点列车再生制动能量回馈（低压）

5、3.2.2 列车再生制动能量回馈（中压） 在牵引网压超过设定值后，再生制动逆变装置启动，将1500V直流电逆变升压为35kV交流电，接入地铁供电环网。由于环网传输距离远，可覆盖一个主所区的所有车站。逆变装置功率不受车站400V变压器限制，功率最大可以做到4MW。回收量大，投资回报期短，适用于在新线建设中同步加装，每站每年可节约电费70万元不适用于分散式供电统，占用空间较大，发热量大，且有大量的反送电情况，利用率低优点缺点列车再生制动能量回馈（中压） 通过合理调整线路中各列车的运行状态，在列车制动时，将再生制动能量回馈给另一辆启动的列车，在一列车启动时，另一列车制动，提高再生能量利用效率，同时抑

6、制电压波动、减小峰值功率。牵引节能率在2%-5%之间。南京地铁成功在二号线编制了优化节能运行图，节能率在2%以上，年节电150万度以上。3.2.3 运行图优化节能 采用优化算法优化列车在每个站的停站时间，使牵引变电站输出总电能最小，达到节能的目的，并生成相应的节能时刻表。南京地铁2号线节能运行图优化算法设计与构架南京地铁2号线优化运行图仿真结果仿真时间变电站能耗(kW.h)列车牵引能耗(kW.h)列车回馈能量(kW.h)制动电阻能耗(kW.h)变电站节能率优化前5：50：00-7：09：006776.1886390.6593016.3231065.6692.12%优化后5s6635.63061

7、99.2053272.530831.067优化后10s6352.9255935.0933133.107795.6604.45%优化前7：9：01-9：0：3020451.51418990.78611950.3991240.5762.50%优化后5s19953.35718534.76612334.921901.168优化后10s19094.12217736.61811803.7528623624.50%优化前9：0：30-10：52：3016144.92015135.5558501.0661473.8462.54%优化后5s15744.30214629.5979061.758948.000优化后

8、10s14994.57313932.9508630.246902.8575.0%优化前10：52：30-12：51：3014585.37913714.3537666.5671374.6072.33%优化后5s14253.70613248.6138199.918863.128优化后10s13635.99512674.4607844.559825.7234.53%优化前12：51：31-14：50：3014830.36814055.8227364.4801699.4102.21%优化后5s14510.24813502.0397985.4361110.826优化后10s13940.09812971.

9、5047671.6651067.1784.09%优化前14：50：31-15：52：307768.3277218.9624002.925777.2562.67%优化后5s7566.3337040.5164261.899535.359优化后10s7193.0156693.1424051.620508.9455.19%优化前15：52：31-18：50：0330557.05329031.75017058.8002464.8012.89%优化后5s30083.15228084.22718077.7861458.899优化后10s29264.25427229.22917527.4251414.4843

10、.14%优化前18：50：04-20：28：0314294.18413473.9077652.4981283.4912.03%优化后5s14006.76213131.1488067.357904.449优化后10s13465.45112623.6767755.583869.4954.02%优化前20：28：04-23：12：1915650.95614571.3817278.4671923.5582.82%优化后5s15071.93914316.8707561.4131661.857优化后10s14476.93713751.6767262.9081596.2514.11%地铁车站风量平衡与评估技

11、术调试后房间换气次数测试值调试后房间温度测试值3.2.4 车站空调通风系统优化列车内新风量与舒适度评估技术 开启车站排热风机风量为4050m/s，隧道内新鲜空气量由STESS模拟可知，已大于无屏蔽门时的机械通风工况。但在冬季及过渡季部分时间内，隧道中空气温度不高，如关闭地铁排热风机，经模拟与实测，在非客流高峰时列车内CO2浓度满足卫生要求。地铁车厢内CO2浓度平衡示意图车厢内二氧化碳质量平衡微分方程为：车厢内初始CO2浓度C0与隧道内CO2浓度C1的关系曲线地铁隧道内CO2浓度平衡示意图对南京地铁一号线地下车站进行了相关测试和研究，采取了以下措施： 1、夏季空调机组新风口进风量一般不超过1.5

12、万m/h，即小新风运行，环控能耗不会增加，但对站台来说，空气质量明显改善，大系统采用“小新风”运行模式。2、采用空调季开迂回风道，过渡季、冬季关迂回风道的运行模式后，初期每年节省用电量为28.28万度，近期每年节省用电量为112.42万度，但远期不节能，故远期应全年开迂回风道。闭式空调通风系统运行节能策略3、车站采用送风、排风或送排风等不同机械通风形式时，全年及全年段通风空调合计能耗及用电量差别不大，说明车站通风形式可以经常灵活变化，使各类送、排风机均衡使用。4、以站台温度29 为基准，当站台温度为28时，通风空调用电量增加5.43%；当站台温度为27时，通风空调用电量增加16.61%。可见，

13、在地铁运营中一定要注意地铁站厅站台内温度的控制，建议站台设定温度不要低于28。 时段三山街站张府园站新街口站珠江路站鼓楼站玄武门站新模范马路站南京站站合计07.8 -08.7172.83105.46606.40159.01231.58159.31204.40206.381845.3708.9 -09.8134.9585.06549.47126.87212.22142.87157.76170.381579.58节 能37.8820.4062.9432.1419.3616.4546.6336.00265.79 各站实际用电量比较 （单位：万kW.h） 使用推荐运行模式前后一年的实际用电量，南京地铁

14、一号线正线8个地下站一年节约用电265.79万kW.h，实际有效降低地铁环控能耗15，具有很高的经济效益。各年段全线8月份温度分布 集成闭式空调通风系统大系统“小新风”模式优化 某站A端风系统图结果：空调系统排风，新风量为0。没有达到“小新风”目的。1）原模式 （南京地铁二号线节能案例）送、排风机全开！设计运行模式实际运行状态2）优化模式 （南京地铁二号线节能案例）某站A端风系统图结果：新风百分比为20.02%，满足工程要求，实现大系统“小新风”模式。实现空调季风机节能50%仅开送风机！风机运行频率优化风机的水平面风速等高线分布图(m/s)风机的入口处风速等高线分布图(m/s)全年节约地铁环控

15、风机用电量15%以上 满足系统风量要求时尽量减小风机运行频率（最低可达18Hz）PID变频器水泵TspTfkTCDWhTfV/f温度变送器3.2.5 冷站控制优化冷站是车站空调水系统设备及其控制系统。通过对水泵进行变频，将原来的“恒流量变温差”改为“恒温差变流量”控制。可有效的减少冷量传输介质（水）循环运动产生的能耗（水泵能耗）可以加大换热温差，提高换热效率。 通过能源管理系统的车站空调机组动态控制界面，进行房间温度设定、锁定、定时开关机等远程控制，改变了房间无人时空调仍运行或房间温度过低等现状，从而降低地铁车站空调能耗、提高能源自动化管理水平。3.2.6 多联机空调远程监管3.2.7 照明节

16、能技术照明节能技术BECDALED照明照明节电器BAS多时间表控制节能定时器智慧照明车站各区域照度标准值与建议值类别场所参考平面及其高度国家标准照度值（lx） 建议值（lx）车站出入口门厅楼梯、自动扶梯地面150100-110通道地面15080-100站内楼梯自动扶梯地面150100-110售票室自动售票机台面30080-100检票处自动检票口台面30080-100站厅（地下站）地面20080-100站台（地下站）地面15080-100站厅（地面站）地面15080-100站台（地面站）地面10080-100 根据现场实际情况，可以在国家标准照度基础上进一步降低，既可以满足现场需求，又可以进行节

17、能。3.2.8 车站照度标准优化3.2.9 应急照明模式优化 出入口顶棚应急照明常亮，不但浪费能源，而且会招致乘客投诉。应将应急照明常亮模式，改为在应急情况下自动点亮的模式。站厅是玻璃幕墙车站站厅出入口及站厅站台通道是敞开的多联机空调开启制冷效果差，浪费能量建议取消高架站公共区多联机空调。为解决车站工作人员的工作环境舒适性问题，高温季节可以配备冰块、风扇降温，或在局部空间设计空调3.2.10 取消高架车站多联机空调四、节能创新管理4.1 节能管理体系节能管理体系组织保证制度保证思想保证措施保证决策层：节能管理办公室管理层：各部门、中心节能兼职人员执行层：一线班组、员工监督层：节能管理办公室现场

18、节能措施落实用能检查、考核、评比办法规范现场管理节能知识外培节能标识制作节能随手拍强化绿色节能意识增强节能管理能力提升节能意识签订节能责任定期节能检查节能项目改造节能技术创新节能措施保障实现节能目标节能金点子建立企业节能管理体系节能奖励办法能源管理办法4.2 节能管理组织 建立节能管理组织，成立企业层面的节能领导小组，下设专（兼）职的节能管理部门和节能管理人员，在各个单位设立兼职管理员。III级II级I级节能领导小组 企业第一负责人为组长，分管节能的节能办公室 设专职节能管理人员，也可以合署办公各个单位 节能兼职管理员4.3 建立能源管理制度 建立各项管理制度，能源管理办法用能检查、考核、评比

19、办法节能奖励办法以及各类节能技术通知作为辅助，指导公司各级节能工作。4.4 建立规范标准 本标准规定了城市轨道交通（地铁）运营过程中节能管理要求、电耗先进值、电耗统计范围及计算方法。 本标准适用于运营期的城市轨道交通（地铁）节能管理、综合电耗的计算方法及先进值。江苏省地方标准城市轨道交通（地铁）运营电耗计算及节能管理规范类 别先进值线路每车公里牵引电耗（kWh/vkm）A型车1.90B型车1.55车站每平方米电耗（kWh / m）地下车站100非地下车站90 地铁运营电耗先进值城市轨道交通能源管理系统技术规程 本规程提出了城市轨道交通分类、分项、分户能耗模型，以及城市轨道交通能源管理系统设计、

20、功能、性能、施工、检测、验收、系统运行管理等方面的技术要求和指标。对规范城市轨道交通能源管理系统的设计、建设、运行管理起到了指导作用。 江苏省住建厅南京市住建委INTERNET地铁主干传输网络子网1双绞线三相电力监控终端智能水表网关网络控制器双绞线三相电力监控终端智能水表网关网络控制器双绞线三相电力监控终端智能水表网关网络控制器子网2子网3交换机网关网关工作站打印机能源监测管理中心以太网数据库服务器路由器线路级能源管理系统4.5 能源管理系统城市轨道交通能耗分类分项模型城市轨道交通能耗分户模型B用电参数查询A节能效果验证D异常能耗识别C能源统计分析能源管理系统主要功能月度及年度能耗分析便于及时

21、、准确地把握企业能耗的消费情况，为企业加强能源科学管理，强化用能监管，制定和实施能源管理和技术控制措施提供了有力的支持 层级车站线路网络重点照明通风空调动力设备列车牵引 能耗统计分析 能源统计分析一号线鼓楼站4号自动扶梯的小时能耗柱状图，可以看到每天晚上车站人员都按要求关闭了自动扶梯用能情况检查 用水异常报警 通过能源管理系统，及时发现管道破损、偷用绿化用水等异常情况，挽回经济损失32万元。4.6 线网级能源监管平台建设线网级大平台1号线2号线3号线10号线S1号线S8号线 制订了线路级能源管理系统与线网平台的接口协议标准，预留了软硬件空间，可方便的接入后续线路能源管理系统。4.7 能耗大数据

22、实时监测功能数据统计和分析功能数据查询和显示功能能耗大数据节能分析数据采集和存储功能能耗大数据分析流程数据分拆算法分项能耗通用数据模型节能诊断指标体系能耗大数据统计平台能耗大数据分析给出根据部分配电支路实测数据估计各设备子系统能耗数据的方法，并给出估计误差的分析方法，就有可能用这套分拆算法代替部分支路电表安装，从而使分项计量在技术、经济上可行；建立统一的环控用能通用模型，分层次描述出地铁站设备系统的共同点，使得不同能耗数据可以在相同的用能节点上进行比较；建立一套可以分析判断各子系统能耗状况的指标体系节能诊断指标体系，并在此基础上提出一套科学的规范化节能诊断和节能改造方法，以指导节能诊断和改造、

23、分析各种运行模式和节能措施对最终能耗的影响；建立地铁能耗大数据统计平台，对数据进行深度挖掘，发现新的节能入手点；完成能耗大数据节能分析4.8 推行能耗定额管理 地铁点多面广、用能设备繁多，节能管理要求高、难度大。根据能源管理系统的数据支持，实施车站能耗定额管理，通过下发能耗定额指标，年度实际能耗数据进行比较，节奖超罚，激发车站一线员工的工作主动性。X% 超额完成奖励年度（2016年）定额用电年度（2016年）实际用电 能耗定额管理实施方式上一年（2015年）实际用电南京地铁定额管理实践 自2011年能源管理系统建成一年后，南京地铁从一号线新街口站开始，逐步推广到一号线、二号线及青奥三线所有车站，2016年逐步把基地建筑纳入能耗定额管理范围。“要我节能”“我要节能”地铁