CN114676997A - 一种城市轨道交通能耗优化方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提出的一种城市轨道交通能耗优化方法从线路级、车站级、牵引级等维度建立了城市轨道交通能耗评价指标体系，针对细分的具体指标采用打分制给出直观的能耗水平，并给出具体的指标分值计算方法；在此指标体系下，建立城市轨道交通能耗数据库，通过对数据库的数据进行分项分类统计后通过平均值法确定不同能耗/能效指标的基准值，通过线路具体能耗值与数据库基准值的对比，可以横向反映线路在同区域范围内能耗水平、纵向反映线路在不同运营年度能耗水平，从而优化线路的用能规划；通过线路设备实际能效参数与数据库基准值对比可以反映线路设备选型的能效水平，用于指导后续线路建设项目的设备选型。
Description
技术领域
本发明涉及城市轨道交通工程技术领域，尤其涉及一种城市轨道交通能耗优化方法及系统。
背景技术
城市轨道交通的主要能源是电力，由于运量大、运行时间长、运营设备数量多，其消耗的能源总量巨大，是城市的用电大户。随着轨道交通线网的形成，用电总量也随之大幅增长，降低轨道交通的运行能耗，减少用电总量，是响应国家节能减排号召，也是建设绿色地铁、降低运营成本、实现企业可持续发展的迫切需要。
城市轨道交通能耗评价是确定线路能耗水平的基本工具，然而，长期以来，城市轨道交通在能耗优化管理方面无法精准发力，主要是对实际线路的用能水平无法合理评判，进而无法精确优化线路的用能规划，且无法对后续线路建设项目的设备选型提供参考依据。
发明内容
针对背景技术中提到的现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供一种城市轨道交通能耗优化方法及系统，用以解决对实际线路的用能规划进行精确优化以及对后续线路建设项目的设备选型提供精确参考依据的技术问题。
为解决以上技术问题，本发明提供一种城市轨道交通能耗优化方法，包括如下步骤：
S1.构建能耗评价指标体系，所述能耗评价指标体系中预先定义了多层级树状结构的分项能耗指标，且预先定义了每个所述分项能耗指标的计算方法；
S2.采集线路的能耗数据，根据所述能耗评价指标体系中分项能耗指标的定义及计算方法，确定部分所述分项能耗指标的能耗实际值；
S3.基于同类多条线路采集的所述能耗数据以及所述分项能耗指标中的设备指标的能效实际值，构建城市轨道交通能耗数据库；
S4.利用所述城市轨道交通能耗数据库中的数据，通过平均值法，获取各所述分项能耗指标的能耗/能效基准值；
S5.根据所述能耗/能效实际值和所述能耗/能效基准值的相对关系，获取对应所述分项能耗指标的能耗评价结果；
S6.基于各所述分项能耗指标的能耗评价结果，优化线路的用能规划以及后续线路建设项目的设备选型。
根据本发明提供的能耗优化方法，所述能耗评价指标体系包括牵引级评价指标、车站级评价指标和线路级评价指标；
所述牵引级评价指标中的所述分项能耗指标包括牵引级设备；
所述车站级评价指标中的所述分项能耗指标包括车站级设备；
所述线路级评价指标中的所述分项能耗指标包括线路级设备，所述线路级设备包括所述牵引级设备和所述车站级设备；所述线路级评价指标用于反映本线路的综合能耗水平，其与其他线路及线路历史运行周期进行评价，可实现对整条线路的能源管理和考核。
根据本发明提供的能耗优化方法，所述城市轨道交通能耗数据库中的数据按气候区划分为严寒及寒冷地区数据、夏热冬冷地区数据、夏热冬暖地区数据和温和地区数据。
根据本发明提供的能耗优化方法，所述利用所述城市轨道交通能耗数据库中的数据，通过平均值法，获取各所述分项能耗指标的能耗/能效基准值具体包括：
采用同类工程同一分项能耗指标的平均值作为该分项能耗指标的能耗基准值；
采用某一设备在轨道交通行业内的最高效能和最低效能的平均值作为该设备的能效基准值。
根据本发明提供的能耗优化方法，所述能效实际值和所述能效基准值的相对关系包括：
某级设备中所有设备的加权能效实际值与该级设备中所有设备的能效基准值之和的相对关系。
根据本发明提供的能耗优化方法，某级设备中各设备的能效实际值通过加权平均法获取对应的该级设备中所有设备的加权能效实际值，具体公式为：
N＝n1*s1/S+n2*s2/S+…+ni*si/S，
其中，N为某级设备中所有设备的加权能效实际值，ni为该级设备的第i项设备的能效实际值，si为该级设备的第i项设备的功率，S为该级设备中所有设备的总功率。
根据本发明提供的能耗优化方法，根据所述能耗/能效实际值和所述能耗/能效基准值的相对关系，获取对应所述分项能耗指标的能耗/能效实际值的打分值。
根据本发明提供的能耗优化方法，所述打分值的具体打分方法为分档线性赋值法。
本发明还提供一种城市轨道交通能耗优化系统，所述能耗优化系统能够实现上述任一项所述的能耗优化方法的步骤。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)本发明提出的一种城市轨道交通能耗优化方法从线路级、车站级、牵引级三个维度建立了城市轨道交通能耗评价指标体系，实现横向、纵向、设备三大维度的包括更细致的分项能耗指标的线路能耗水平评估，评估维度更加全面。通过线路实际能耗值与数据库基准值的对比，可以横向反映线路在同区域范围内能耗水平、纵向反映线路在不同运营年度能耗水平，从而优化线路的用能规划；通过线路设备实际能效参数与数据库基准值对比可以反映线路设备选型的能效水平，用于指导后续线路建设项目的设备选型，从而更容易找准能耗优化的着力点，更精准地优化城市轨道交通的能耗。
(2)采用基于基准值的能耗评价方法，通过建立城市轨道交通能耗数据库，并对影响能耗评估的因素进行分析，形成典型轨道交通线路的能耗基准值，使能耗/能效评价的结果更加客观、贴近实际。
(3)能耗/能效评价结果采用分值体现，结果更直观，便于管理人员、参观调研人员等进行查看和理解。
附图说明
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面的附图是本发明的一些较佳实施例的附图，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的城市轨道交通能耗优化方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的严寒及寒冷地区的城市轨道交通能耗数据库中的各种维度的数据分类图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合一些附图对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明以城市轨道交通用能优化为目标，在通过分析城市轨道交通用能对象(设备)特点的基础上，建立城市轨道交通能耗评价指标体系；采用基于基准值的能耗评价方法，通过分析城市轨道交通能耗影响因素，建立城市轨道交通能耗数据库，确定各分项能耗指标的基准值；建立了一种城市轨道交通能耗优化流程。
一、建立能耗评价指标体系
本发明实施例针对城市轨道交通能耗优化，提供了一种城市轨道交通能耗优化方法，根据城市轨道交通能耗的特点，建立牵引级、车站级、线路级三个维度的能耗评价指标体系。
牵引级评价指标包括基于客运周转量的评价、基于运营里程的评价、基于总量指标的评价和基于设备能效的评价等4个子项。
车站级评价指标包括基于车站面积的评价、基于客流的评价、基于总量指标的评价和基于设备能效的评价等4个子项。
线路级评价指标包括基于客运周转量的评价、基于运营里程的评价、基于车站面积的评价、基于正线公里指标的评价、基于总量指标评价和基于设备能效的评价等6个子项。
以上所述的每个子项下根据具体工程的用能用户(设备)，再划分为若干个分项能耗指标。每级评价指标所包括的分项能耗指标具体为：
1、牵引级评价指标
牵引级能耗主要体现为电能消耗，在城市轨道交通电能消耗中占约40％以上；影响牵引能耗的因素很多，如平均站间距、车辆选型、行车组织方案、最高运行速度、再生能量的利用方式、节能坡的设置、轨道状态……等等，此外车站级用能设备的效率也对能耗有一定影响。基于此，本实施例提出了基于人、车、机电设备为主要因素的牵引级评价指标，具体包括以下指标：
(1)基于运营里程的评价
单位运营里程牵引电耗(kW.h/(车·公里))：该指标反映基于列车运营里程的牵引用电情况。
etc＝Et/S
其中，etc为统计期内单一线路单位运营里程牵引电耗(kW.h/(车·公里))，Et为统计期内单一线路的牵引电耗(kW.h)，S为统计期内车辆在单一线路的运营里程(车·公里)。
(2)基于客运周转量的评价
单位客运周转量牵引用电(kW.h/(万人·km))：该指标主要反映基于客运周转量的牵引用电情况。
etp＝Et/Q
其中，etp为统计期内单一线路单位客运周转量牵引电耗(kW.h/(万人·km))，Et为统计期内单一线路的牵引电耗(kW.h)，Q为统计期内单一线路的客运周转量(万人·km)。可根据运营数据获取。
(3)基于总量指标的评价
对于列车用电总量可以分别从牵引变电所35kV馈线处统计电量数据及每列车统计对应的电量数据。对列车总量的评价可以分为以下6项，以一个统计周期为基准(例如可以是1个月或1年)
1)牵引用电(kW.h)：统计牵引变电所35kV整流变馈线处的电量数据，反映本线路列车运行总的用电量；
2)再生电量(kW.h)：统计牵引变电所35kV再生馈线处的电量数据，反映本线路对列车再生制动能量的总利用量；
3)列车牵引用电(kW.h)：统计每列车的牵引用电量，考核每列车的牵引用电量。
4)列车辅助用电(kW.h)：统计每列车的辅助用电量(主要由列车照明用电和列车空调用电构成)，考核每列车的辅助用电量。
5)综合能源消费总量(tce)：反映本线路列车运行所需的各种能源折算为标煤后的总用量；
6)综合碳排放总量(tCO2)：反映本线路列车运行所产生的总碳排放量。
(4)基于设备能效的评价
对牵引级设备的能效评价，主要包含对整流变压器、再生能量吸收装置、列车牵引电机、列车空调、列车照明等设备能效(设备的能耗和能效是一体两面的，单位时间能耗越高，对应的能效就越低)的评价。对于建设过程中为了实现节能，提高能效标准，而增加了投资的措施，需要予以正向鼓励；对于未达到能效标准的设备及运行一段时间后能效水平降低的设备，需要予以较低评价，以鼓励尽快进行技术改造。
2、车站级评价指标
车站是铁路运输的基层生产单位，旅客上下车都是在车站进行的。车辆段是车辆进行停放、检查、检修的基地。站段的能耗主要以实现站段运转而设置的各种动力、照明系统用电为主，同时少量涉及水、燃气、燃油等能源消耗。在车站型式(高架、地下)相同的情况下，车站的能耗主要与建筑面积密切相关，同时车站的客流量也对车站的能耗产生较大影响，此外车站用能设备的效率也对能耗有一定影响。基于此，本实施例提出了基于乘客、建筑面积和设备为主要因素的车站级评价指标，具体为：
(1)基于车站面积的评价
单位面积电耗(kW.h/㎡)：主要反映单位车站面积的动力照明用电情况。对该指标的主要影响因素有车站规模、车站类型(地上/地下)、客流、环境因素、机电设备能效及运行策略。
em＝Ed/M
其中，em为统计期内单一车站的单位面积电耗(kW.h/m2)，Ed为统计期内单一车站动力照明电耗(kW.h)，M为单一车站的建筑面积(m2)。
(2)基于客流的评价
单位客运量电耗(kW.h/万人.次)：主要反映基于客流的车站电耗。对于客流量大的车站，即使总能耗偏高，也应予以适当考虑。
ep＝Ed/(qs+qh)
其中，ep为统计期内单一车站的客运量电耗(kW.h/万人.次)，Ed为统计期内单一车站动力照明电耗(kW.h)，qs为统计期内单一车站的进出站客流量(万人.次)，qh为统计期内单一车站的换乘客流量(万人.次)。
(3)基于总量指标的评价
对于车站各系统用电及整体用电量进行评价，可以精确地分析出哪些设备运行属于节能，哪些设备运行能耗偏高。一般情况下按下列分项分别统计总用电量，根据具体工程可以对分项进行一定的调整。
通风空调用电(kW.h)；
电扶梯用电(kW.h)；
照明用电(kW.h)；
给排水用电(kW.h)；
屏蔽门用电(kW.h)；
信号用电(kW.h)；
通信用电(kW.h)；
AFC用电(kW.h)；
广告、商业用电(kW.h)；
其他系统用电(kW.h)；
水(m3)；
综合用电(kW.h)；
综合能源消费总量(tce)；
综合碳排放总量(tCO2)。
(4)基于设备能效的评价
对动力变压器、UPS、EPS、照明、计算机、冷水机组、站台门、电梯、自动售检票等多类车站级设备提出了相应的能效评价。对于建设过程中为了实现节能，提高能效标准，而增加了投资的措施，需要予以正向鼓励；对于未达到能效标准的设备及运行一段时间后能效水平降低的设备，需要予以较低评价，以鼓励尽快进行技术改造。
3、线路级评价指标
线路级评价指标主要从不同维度反映本线路的综合能耗水平，便于与其他线路及线路历史运行周期进行评价，实现对整条线路的能源管理和考核。具体为：
(1)基于客运周转量的评价
本项评价主要基于客运周转量的系列能耗指标评价，主要反映该线路能源利用效率，即付出多大的能耗代价实现尽可能多的运送旅客的目标。主要包含以下指标：
1)综合用电指标(kW.h/(人·km))：主要反映基于客运周转量的牵引、照明和动力用电情况。
K＝C0/Q
其中，K为综合用电量指标(kW.h/(人·km))，C0为年综合用电量(kW.h)，C0＝CT+CL+CP(CT、CL、CP见下文释义)，Q为年客运周转量(人·km)。
2)牵引用电指标(kW.h/(人·km)：主要反映基于客运周转量的牵引用电情况。
K1＝CT/Q
其中，K1为牵引用电量指标(kW.h/(人·km))，CT为年牵引用电量(kW.h)，Q为年客运周转量(人·km)。
3)照明用电指标(kW.h/(人·km)：主要反映基于客运周转量的照明用电情况。
K2＝CL/Q
其中，K2为照明用电量指标(kW.h/(人·km))，CL为年照明用电量(kW.h)，Q为年客运周转量(人·km)。
4)动力用电指标(kW.h/(人·km)：主要反映基于客运周转量的动力用电情况。
K3＝CP/Q
其中，K3为动力用电量指标(kW.h/(人·km))，CP为年动力用电量(kW.h)，Q为年客运周转量(人·km)。
5)综合水耗指标(m3/(人·公里))：
该指标反映基于客运周转量的用水情况。
6)综合能耗指标(tce/(人·公里))：
该指标反映基于客运周转量的综合能耗情况，包括该线路的电、水、气、油、热力及煤等各种能源消耗情况，并统一折算为标煤。
7)综合排放指标(tCO2/(人·公里))：
该指标反映基于客运周转量的综合碳排放情况。
(2)基于运营里程的评价
本项评价主要基于列车的实际运营里程的能耗评价，重点反映列车运行组织能源利用水平。主要由以下两个指标组成：
1)单位运营里程牵引电耗(kW.h/(车·公里))：
该指标反映基于列车运营里程的牵引用电情况，反映列车的能源利用水平。
2)单位运营里程电耗(kW.h/(车·公里))：
该指标反映基于列车运营里程的综合用电情况，反映列车的能源利用水平。
(3)基于车站面积的评价
该指标主要反映一条线路的整体车站规模情况，对该指标的主要影响因素有站间距、车站规模、车站类型(地上/地下)。主要包含以下两个指标。
1)单位面积电耗(kW.h/㎡)：
该指标以单个车站为对象，反映单位面积平均电耗。
2)单位面积综合能耗(tec/㎡)：
该指标以单个车站为对象，反映单位面积平均综合能耗。
(4)基于正线公里指标的评价
该指标主要反映基于正线公里的整体能耗情况。用于横向对比其他工程能源利用情况。
1)单位正线公里电耗(kW.h/正线公里)：
该指标主要基于正线公里的整体用电情况。
2)单位正线公里综合能耗(tce/正线公里)：
该指标主要基于正线公里的综合耗能情况。
(5)基于总量指标评价
对于任何一项经济活动的评价，既需要单位指标的评价，也需要总量评价。尤其在节能减排的政策要求下，既需要降低单位能耗，更需要降低总能耗。降低单位能耗的最终目标是为了降低总能耗。总量指标评价总共分为以下12项，以一个统计周期为基准(例如可以是1个月或1年)：
牵引用电(kW.h)：反映列车运行总的用电量；
再生电量(kW.h)：反映本线路对列车再生制动能量的总利用量；
照明用电(kW.h)：反映本线路照明总用电量；
动力用电(kW.h)：反映本线路动力设备总用电量；
综合用电(kW.h)：反映本线路运行所需的总用电量；
水(m3)：反映本线路运行所需的总用水量；
热力(MJ)：反映本线路运行所需的热力总量；
燃气(m3)：反映本线路运行所需的总用气量；
燃油(t)：反映本线路运行所需的总用油量；
燃煤(t)：反映本线路运行所需的总用煤量；
综合能源消费总量(tce)：反映本线路运行所需的各种能源折算为标煤后的总用量；
综合碳排放总量(tCO2)：反映本线路运行所产生的总碳排放量。
(6)基于设备能效的评价
现有标准中对轨道交通各机电设备的能效指标提出了明确要求。基于此，对于建设过程中是否达到此项要求，需要进行跟踪评价。对于为了实现节能，提高能效标准，而增加了投资的措施，需要予以正向鼓励。本项评价主要由两部分组成：
1)牵引设备
本项评价主要反映整流机组、再生装置、列车车载设备的能效水平，具体评价方法可参见牵引级设备的评价。
2)车站设备
本项评价主要反映车站动力、照明及其他系统设备的能效水平，对于具体车站的能效水平详见车站级设备的评价，对不同车站的能效水平需要进行折算。
二、城市轨道交通能耗数据库的建立及能耗/能效基准值的确定
城市轨道交通的能耗水平受多种因素影响，为了确定本发明提出的能耗/能效指标基准值，使评价的结果更加客观、贴近实际，需建立城市轨道交通能耗数据库。在建立数据库时，按照对城市轨道交通能耗产生影响的主要因素，对数据库的数据进行归类，并通过数学方法进行处理后，确定能耗/能效评价指标的基准值。
1、城市轨道交通线路的具体情况如长度、车站建筑面积、站间距、速度目标值……等因素均会对能耗产生影响，基于此，能耗数据库应包含线路基本信息。
2、气候是城市轨道交通能耗影响的主要因素之一，其主要对通风空调系统用能产生影响，基于此，根据全国已开通城市轨道交通的城市，按照气候区划分为严寒及寒冷地区、夏热冬冷地区、夏热冬暖地区、温和地区4种类型，从而完善了能耗气候区的类型。
3、不同类型的用电设备的能耗影响因素存在差别，基于此，在每种气候区下，按照用户类别划分为牵引能耗、动力能耗、照明能耗、其它能耗4种类型，具体可参考图2。图2展示了严寒及寒冷地区的城市轨道交通能耗数据库中的各种数据，其他气候类型的各种数据的分类均与此分类相似。
4、不同的车辆选型对牵引能耗有较大影响，基于此，将牵引能耗按照轨道交通常用的车型划分为A型车能耗、B型车能耗、C型车能耗3类，具体可参考图2。
5、在车辆选型相同的情况下，速度目标值对能耗影响很大，基于此，数据库根据速度目标值的不同对每种类型车的能耗分别进行统计，图2列出的3个速度目标值(80km/h、100km/h、120km/h)是城市轨道交通常用的速度目标值，可以根据需要对速度目标值进行必要的补充。
6、车站型式对动力能耗的影响很大，此外段场的业务类型与车站不同，其动力能耗与车站也存在较大差异，基于此将动力能耗按照高架车站、地下车站和段场划分为3种类型，具体可参考图2。
7、为了更进一步的考核具体用户的能耗水平，将车站、场段的动力能耗做进一步细分，比如通风空调、扶梯、安全门、金加工设备……等。
8、同6，车站型式对照明能耗的影响很大，此外段场的业务类型与车站不同，其照明能耗与车站也存在较大差异，基于此将照明能耗按照高架车站、地下车站、段场划分为3种类型。
9、为了更进一步的考核具体用户的能耗水平，将车站、段场的照明能耗做进一步细分，比如站台区照明、设备房区照明、综合楼照明、停车库照明……等。
10、城市轨道交通用能还涉及少量的水、燃气、燃油等，在数据库内也包括相应类型的能耗数据。
11、机电设备能效水平直接影响能耗，为评估具体项目的机电设备能效水平，即机电设备选型的先进性，数据库内包含机电设备能效参数数据。
12、能耗数据库内的能耗数据来源包括具体项目采集的实际能耗数据、仿真软件、节能评估报告，而机电设备能效水平参数(能效实际值)来自市场调研。
13、在建立能耗数据库的基础上，按照本发明所述的能耗评价指标体系分别生成分项能耗指标的能耗/能效基准值，具体方法包括：
(1)采用同类工程(同区域能耗主要影响因素基本相同的多条线路)的多个同一分项能耗指标的平均值作为该分项能耗指标的能耗基准值。在同区域类开通轨道交通项目较少的情况下，可以利用仿真软件数据作为数据库的原始数据，通过开通项目的逐步增加，不断修正能耗基准值。由此确定的能耗基准值用于评价具体项目能耗水平在同类项目中所处的位置。
(2)采用某一设备在轨道交通行业内的最高效能和最低效能的平均值作为该设备的能效基准值。机电设备能效指标基准值通过市场调研确定，以《城市轨道交通机电设备节能要求》(GB/T 35553-2017)确定的能效限值作为下限，市场能效最优产品参数作为上限，二者平均值作为基准值。由此确定的线路机电设备能效指标基准值用于评判线路机电设备选型的先进性。
(3)节能评估报告是项目建设前期配套完成的重要支撑性文件，充分考虑了项目的具体情况，如线路条件、节能技术的应用等，其提出的能耗指标具有一定的参考意义。由此确定的能耗指标基准值用于考核线路开通运营后的实际能耗是否达到预期要求。
以上两大步骤中，先建立了能耗评价指标体系，采集线路的能耗数据，根据能耗评价指标体系中分项能耗指标的定义及计算方法，确定部分(每级中不包括设备分项能耗指标的其他分项能耗指标)所述分项能耗指标的能耗实际值；然后，基于同类多条线路采集的所述能耗数据以及所述分项能耗指标中的设备指标的能效实际值，构建了城市轨道交通能耗数据库；接着，利用所述城市轨道交通能耗数据库中的数据，通过平均值法，获取各所述分项能耗指标的能耗/能效基准值；最后，根据所述能耗/能效实际值和所述能耗/能效基准值的相对关系(实际上就是比大小)，获取对应所述分项能耗指标的能耗评价结果，并基于能耗评价结果来指导线路的用能优化(计划该如何使用电能，可多用点还是要少用点)以及后续线路建设项目的设备选型(从节能的角度该选择怎样的用电设备，选择更节能的设备还是保持不变)。
三、能耗/能效实际值和能耗/能效基准值的赋分/打分
以上的各分项能耗指标的能耗/能效实际值和能耗/能效基准值的比较虽然已经能够精确反映和指导城市轨道交通的用能，但还是不够直观，尤其是在不太懂技术细节的管理人员查看时。为了便于管理者、参观调研者等人员的查看和理解，在一个实施例中，采用对任一分项能耗指标的能耗/能效实际值和能耗/能效基准值进行打分(评分&赋分)的方式，从而更加直观，便于理解。打分方式具体如下：
首先，对任一分项能耗指标的能耗/能效基准值进行赋分。具体的，统计同气候类型区域能耗主要影响因素基本相同的多条线路的某项分项能耗指标的能耗实际值，取这些能耗实际值中的最高值、平均值和最低值作为分值的中间三档(例如可采用百分制，最高值赋40分(D档)，平均值赋60分(C档)，最低值赋80分(B档)，耗能越高，赋值越低。)，往上预留一档鼓励企业追求更优的能源消耗。此处的能耗实际值的平均值即为该分项能耗指标的能耗基准值，对该能耗基准值赋予60分仅是个示例，实际上大多数能耗实际值都在该能耗基准值附近波动，能耗基准值反映了一个基本达标的能耗水平，因此，对能耗基准值(平均值)赋予60-80分可能更为合适。至于对最高值赋40分，对最低值赋80分，也并非一定如此赋分，能耗越低，肯定是赋分越高，但能耗在低水平时再降低相同的能耗，其实是更困难的，因此，对越低的能耗值就要赋越高的分(即每降低相同的能耗值，所增加的赋分值越大，具体赋分思路可参考招投标评分方法)。设备的能效基准值的赋分思路同上，只是能效越高，赋分值越高(这和能耗越高，赋分值越低的能耗基准值的赋分思路刚好相反，此处不再赘述)。
其次，在对任一分项能耗指标的能耗/能效基准值进行赋分后的前提下，再根据该分项能耗指标的能耗/能效实际值和能耗/能效基准值的相对关系，获取对应分项能耗指标的实测能耗/能效实际值的打分值，具体打分方式为分档线性赋值法。举以下示例来说明：
假设对某一分项能耗指标的能耗基准值1.5kW.h赋予60分，对能耗最高值1.8kW.h赋予40分，对能耗最低值1.3kW.h赋予80分。假设该分项能耗指标的某次实测的能耗实际值为1.4kW.h，则对该1.4kW.h进行打分的算法为：
(Y－60)/(1.4－1.5)＝(80－60)/(1.3－1.5)
Y＝70
1.4介于1.5和1.3之间，1.5对应60分，1.3对应80分，则在该60分-80分的档位间，采用线性赋值法，即可算出1.4的对应打分值为70分，此所谓分档线性赋值法。对某一设备类的分项能耗指标的实测的能效实际值进行打分的方法也可采用上述分档线性赋值法，此处不再赘述。
1、牵引级指标评分办法
牵引级指标评分可实行5档制打分，通过选取合适的评分基准值(如上文所述的可参考招投标评分方法)，实现对牵引级能耗指标的实测值的打分。
表1牵引级能耗/能效指标评分办法
2、车站级指标评分办法
车站级指标评分可实行5档制打分，通过选取合适的评分基准值，实现对车站级能耗指标的实测值的打分。
表2车站级能耗/能效指标评分办法
3、线路级指标评分办法
线路级指标评分可实行5档制打分，通过选取合适的评分基准，实现对线路级能耗指标的实测值的打分。
表3线路级能耗/能效指标评分办法
以上三个维度中都有对设备能效的综合评价，均采用了加权平均的算法，因为在某级设备中，设备容量越大(设备功率越高)的设备耗电影响会更大(即它的能效实际值或者对应的打分值变动一点，对该级设备的总能耗会有更大的影响，因此要采用这种基于功率的加权平均)。某级设备中所有设备的加权能效实际值与该级设备中所有设备的能效基准值之和的相对关系可反映该级的所有设备的总体耗能情况，便于大致知晓相对于该级设备总体基准值之和的差距，然后再根据该级别设备的每一项设备的能效实际值和能效基准值的相对关系来具体定位哪些设备的耗能较高，需要在后续优化。
某级设备中各设备的能效实际值通过加权平均法获取对应的该级设备中所有设备的加权能效实际值，具体公式为：
N＝n1*s1/S+n2*s2/S+…+ni*si/S，
其中，N为某级设备中所有设备的加权能效实际值，ni为该级设备的第i项设备的能效实际值(或者也可以为打分值，因为打分值和能效实际值是线性相关的)，si为该级设备的第i项设备的功率，S为该级设备中所有设备的总功率。
本发明实施例还提供一种城市轨道交通能耗优化系统，所述能耗优化系统能够实现上述任一项所述的能耗优化方法的步骤。
本领域技术人员可以理解，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合，即使这样的组合或结合没有明确记载于本公开中。特别地，在不脱离本公开精神和教导的情况下，本公开的各个实施例和/或权利要求中记载的特征可以进行多种组合和/或结合，所有这些组合和/或结合均落入本公开的范围。
尽管已经参照本公开的特定示例性实施例示出并描述了本公开，但是本领域技术人员应该理解，在不背离所附权利要求及其等同物限定的本公开的精神和范围的情况下，可以对本公开进行形式和细节上的多种改变。因此，本公开的范围不应该限于上述实施例，而是应该不仅由所附权利要求来进行确定，还由所附权利要求的等同物来进行限定。
Claims (9)
1.一种城市轨道交通能耗优化方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1.构建能耗评价指标体系，所述能耗评价指标体系中预先定义了多层级树状结构的分项能耗指标，且预先定义了每个所述分项能耗指标的计算方法；
S2.采集线路的能耗数据，根据所述能耗评价指标体系中分项能耗指标的定义及计算方法，确定部分所述分项能耗指标的能耗实际值；
S3.基于同类多条线路采集的所述能耗数据以及所述分项能耗指标中的设备指标的能效实际值，构建城市轨道交通能耗数据库；
S4.利用所述城市轨道交通能耗数据库中的数据，通过平均值法，获取各所述分项能耗指标的能耗/能效基准值；
S5.根据所述能耗/能效实际值和所述能耗/能效基准值的相对关系，获取对应所述分项能耗指标的能耗评价结果；
S6.基于各所述分项能耗指标的能耗评价结果，优化线路的用能规划以及后续线路建设项目的设备选型。
2.根据权利要求1所述的能耗优化方法，其特征在于，所述能耗评价指标体系包括牵引级评价指标、车站级评价指标和线路级评价指标；
所述牵引级评价指标中的所述分项能耗指标包括牵引级设备；
所述车站级评价指标中的所述分项能耗指标包括车站级设备；
所述线路级评价指标中的所述分项能耗指标包括线路级设备，所述线路级设备包括所述牵引级设备和所述车站级设备；所述线路级评价指标用于反映本线路的综合能耗水平，其与其他线路及线路历史运行周期进行评价，可实现对整条线路的能源管理和考核。
3.根据权利要求1所述的能耗优化方法，其特征在于，所述城市轨道交通能耗数据库中的数据按气候区划分为严寒及寒冷地区数据、夏热冬冷地区数据、夏热冬暖地区数据和温和地区数据。
4.根据权利要求2所述的能耗优化方法，其特征在于，所述利用所述城市轨道交通能耗数据库中的数据，通过平均值法，获取各所述分项能耗指标的能耗/能效基准值具体包括：
采用同类工程同一分项能耗指标的平均值作为该分项能耗指标的能耗基准值；
采用某一设备在轨道交通行业内的最高效能和最低效能的平均值作为该设备的能效基准值。
5.根据权利要求4所述的能耗优化方法，其特征在于，所述能效实际值和所述能效基准值的相对关系包括：
某级设备中所有设备的加权能效实际值与该级设备中所有设备的能效基准值之和的相对关系。
6.根据权利要求5所述的能耗优化方法，其特征在于，某级设备中各设备的能效实际值通过加权平均法获取对应的该级设备中所有设备的加权能效实际值，具体公式为：
N＝n1*s1/S+n2*s2/S+…+ni*si/S，
其中，N为某级设备中所有设备的加权能效实际值，ni为该级设备的第i项设备的能效实际值，si为该级设备的第i项设备的功率，S为该级设备中所有设备的总功率。
7.根据权利要求1所述的能耗优化方法，其特征在于，根据所述能耗/能效实际值和所述能耗/能效基准值的相对关系，获取对应所述分项能耗指标的能耗/能效实际值的打分值。
8.根据权利要求7所述的能耗优化方法，其特征在于，所述打分值的具体打分方法为分档线性赋值法。
9.一种城市轨道交通能耗优化系统，其特征在于，所述能耗优化系统能够实现权利要求1-8任一项所述的能耗优化方法的步骤。
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|---|---|---|---|---|
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| CN115879797A (zh) * | 2022-11-29 | 2023-03-31 | 北京城建设计发展集团股份有限公司 | 城市轨道交通线路设计低碳优化综合评估方法 |
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