工作关系,对于国内轨道交通领域能源管理进行了一定的了解
1:为什么需要研究能源管理系统(能耗管理或者叫电能质量)?
首先一点,运营地铁是亏本买卖,社会价值大于经济价值。修建地铁是一项“烧钱”的工程。国家发改委新闻发言人赵辰昕在接受媒体采访时透露,地铁成本平均每公里达7亿元左右,整个行业最缺的就是钱。当前,城市轨道交通建设资金主要来源是政府财政资金和间接融资,运营主要靠财政补贴。这或许能回答网上很多人的疑惑:为什么地铁那么多人坐,还赚不到钱?这也能很好的解释前段时间PPP项目为什么那么火。
地铁修建期间投入极高,运营成本也不低,国内大多数地铁的运营情况并不乐观。根据中国城市轨道交通协会此前发布的数据显示,2014年末,全国12个城市地铁的运营线路总收支比为54%,各地地铁普遍入不敷出。目前宣布已经实现盈利的广州地铁,施工中的广州地铁11号线目前已经耗资420多亿,相关负责人预计,11号线收回成本需要25-30年,在此之前还是需要政府政策支持和票价补贴。另外不得不说的一个样本是港铁,港铁公司确实是盈利的,但靠的不是坐车的人,而是配套的房地产、物业开发,大陆想要复制,有很大的困难。
2:地铁运营的成本分析
通过研究地铁公司发布的公开资料,地铁运营单位的人员工资、其它法定费用、电力费、折旧费等是地铁运营成本的重要组成部分,这里抛开和人员开支相关的费用,研究设备运营过程产生的费用 ,我们可以发现用电是地铁运营成本的大头。往细里说列车牵引供电系统和通风空调系统是用电大户,分别占系统总能耗的1/2和1/3,节能潜力也相对最大。对于部分刚刚开通轨道交通的城市,或者对于发车密度较小的部分线路,牵引供电占能耗的比例可能会低于1/2,当线路成网或者发车密度上升后,牵引供电耗能所占比例会逐渐上升。让我们看个例子。以广州地铁为例,2009年公司运营票款收入为13.9亿元,不考虑固定资产折旧的运营成本为14.5亿元,运营亏损约0.6亿元。其中,电费按照非普工业用电标准收取,未享受政策优惠,2009年电费支出约为3亿元,占总成本的20.5%。
3:列车的能源管理
本身专业不是列车相关的,但是也看了一些关于列车能耗管理的文章,简单来说想要降低列车的能耗需要重点考虑列车本身的特性及运营环境、列车操纵控制技术,具体来说一些几个点是研究的集中点。
1)列车本身的牵引制动特性。
2)线路条件(其中坡道和限速的影响最为显著)。
3)运输组织,例如编组、停站及运行时分。
4)车体轻量化,如何在满足安全要求的前提下,尽量实现车体的轻量化是个重要的研究方向。
5)再生制动。新的节能控制技术。
6)列车节能操纵。
7)牵引供电系统改善 是几个主要的改善方向
很多论文或者文献对再生制动、超级电容、列车编组建立力学模型做了一定的统计分析,这里不是本文论述的重点,就不再展开论述了。
4:地面的能源管理
地面的能源管理,主要是通风空调系统的节能控制。从自身从事的专业出发,使用BAS对通风空调系统进行节能控制是比较好的实现思路,另外空调水系统的数量控制也是关键的要素。同时我们可以看到目前很多城市轨道交通运营上线了许多电能质量系统(PQSS或者能源管理系统)。首先来看下所谓的能源管理系统,系统本身一般是B/S架构,用于监测、分析地铁各种能源使用情况,实现节能管理,实现对地铁能源使用参数测量、监测分析和计量管理等功能。重点在于收集、展示、分析和决策支持。分析目前主流的能源管理系统实现的功能,可以将其功能归纳为以下几点:
1)对采集的计量数据(电能量、需量、瞬时量、负荷曲线、电表事件记录,电能表计事件记录等),按照相应的能耗指标来评价其能源利用效率;
2)可对分类、分项、分户、供电回路一段时间内的任意时段计量数据进行统计分析;
3)各站变电所用电平衡分析;
4)变压器损耗分析;
5)可对全线用电进行逐级查询分析;
6)对用电回路、分类、分项、分户、单个供电回路用电能耗进行运营时间段和非运营时间段分析;
7)可统计分析全线各站分项用电的比例关系。
一言以蔽之,目前此类系统的做法无非在现场装了一大堆智能或者非智能的表计设备,对地铁用电回路进行分类、分项、分户的能耗数据采集、分析和查询。对于决策层节能管理提供数据支持。和真正的节能控制还差不少。
再来看下BAS系统的节能设计。对于BAS系统的节能可以从以下几个方面考虑:
从开关电源、电梯、照明和风机等几个能耗大户来探讨:
1)开关电源的选型。应尽量选择无风扇的工业级开关电源,选择能效高的工业级开关电源,选择支持等电位并联的开关电源
2)电梯的选型优化。选择使用变频技术的自动扶梯,使用带光电检测联动的自动扶梯
3)照明设备的选型。选择使用节能技术的照明设备,选择使用带门禁检测联动的智能照明
4)控制工艺优化。这个地方几乎是众多学者研究的重点,总体来说不外呼以下几种:增加模式控制,时间表控制和熵值控制。尤其是熵值控制,具体细节令行赘述。
5:遗留问题分析
1)当前展示花哨的能源管理系统到底能给地铁运营带来什么好处。
2)能源管理系统和电力监控系统、综合监控系统的接口关系是什么样的,通常的建设姿态是什么?
3)BAS节能控制的工艺最有效的熵值控制如何实施。