雄安高速铁路有限公司投资建设的雄安高铁站是雄安新区新地标，雄安站2020年12月27日投入使用，建筑面积47.52万平米，高47.2米，屋顶面积16万平米。雄安高铁站站房主要用电负荷为站房的动力照明用电及配套设施用电，包括电梯、客服信息、车站旅服、车场配套等生产生活用电。国网雄安综合能源服务有限公司针对铁路企业客户痛点，基于统一的软硬件平台开发了围绕铁路全线的综合能源服务系统，促进高铁片区绿色发展。 按照综合能源业态特点，国网雄安综合能源服务有限公司从设计方案阶段就与高铁公司对接，涉及四个重点领域，一是全力打造“水滴上的明珠”—雄安高铁站屋顶光伏精品工程，二是依托城市智慧能源管控系统（CIEMS），建设“铁路线网上的能源大脑”—京雄铁路全线能源管理系统，三是跨界突破做好高铁片区供热（冷）建设运营管理服务，四是谋划三网融合下的充电网络”—建设高铁CEC充电桩。同时补充智慧路灯、直流生态应用场景等内容。最终以能源互联网为核心，打造高铁站片区低碳精品示范工程。
一、案例简介
1.项目背景
雄安新区具备丰富的地热、光伏、污水余热等可再生能源，外来电力以可再生清洁能源为主，充分保障雄安用能需求，新区适宜探索建设清洁、低碳的多元化供能模式，形成协同互补的智慧能源体系。新区的能源发展方向自规划阶段就以近零碳为主要目标，可以更有效的从城市级能源层面入手支撑我国“碳中和”目标的实现。
随着“四纵四横”高铁路网提前建成，“八纵八横”路网的加密成型，一方面，中铁电气局等头部企业主要精力聚焦于牵引系统等铁路传统系统，在能源服务领域尚未形成国内领先的核心技术。另一方面，铁路工程体量巨大，市场准入门槛高，大量传统的中小综合能源服务企业难以参与其中。国网公司充分了解行业规则、运作模式及铁路用能特点，凭借能源央企品牌效应，积极开发京雄高铁综合能源服务项目。
国网雄安综合能源服务有限公司作为国网公司布局在雄安新区的综合能源企业，业务聚焦于轨道交通综合能源服务领域整体解决方案，充分理解高铁行业客户需求，以雄安高铁站为基础，在四个方面量身打造能源利用解决方案。
（1）光伏发电方面，高铁站屋顶面积大、载荷强、产权清晰，满足开展光伏发电建设的基本条件，目前雄安高铁站实际利用率不高，有很大的市场空间。
（2）能源管理方面，仍以区间、站所独立管控为主，缺乏全线综合能源管控体系，缺乏能耗整体分析与能源调度等系统功能，不利于提质增效。
（3）能源种类优化利用方面，能源站路网可使用的能源种类较多，如何保障供能安全，优化能源结构，科学调度多种能源，是必须面对的问题。
（4）雄安新区着力打造绿色低碳及智慧交通体系，开展“互联网+交通运输”新业态的应用，构建以电动汽车、新能源汽车为主的公交车、出租车体系。国网雄安综合能源服务有限公司依托雄安高铁站城市交通枢纽功能，打造了雄安站停车场（CEC）绿色出行充电站工程。
2.项目基本信息
雄安高速铁路有限公司投资建设的雄安高铁站是雄安新区新地标，雄安站2020年12月27日投入使用，建筑面积47.52万平米，高47.2米，屋顶面积16万平米。雄安高铁站位于雄县昝岗镇，是京津冀地区路网性的主客站、交通枢纽站。站房主要用电负荷为站房的动力照明用电及配套设施用电，包括电梯、客服信息、车站旅服、车场配套等生产生活用电。根据雄安站站址位置及规划效果图，雄安站站房南北两侧为铁路线路，东西两侧为站前广场，无高大建筑物遮挡，建设条件较好。
针对铁路企业客户痛点，基于统一的软硬件平台开发了围绕铁路全线的综合能源服务系统，促进高铁片区绿色发展。一是充分利用国网销售渠道，率先对接客户需求，与知名头部企业合作，加强技术研发团队交流，拓宽产品营销渠道。二是依托牵引动力所需变电站的便捷供电，服务延伸到铁路沿线其它能源的服务，依托地、市、县的供电公司，能够覆盖铁路全线各区域的能源服务。三是整体解决方案避免了各分系统建设带来的重复投资问题，规模化的应用推广进一步摊薄了开发成本，可有效降低20%成本。
3.项目建设内容
项目由四个元素组成。一是屋顶光伏，二是全线能源管理系统，三是冷热多能供应，四是智能充电服务。
图1 高铁站屋顶光伏实景
（1）依托站房屋顶光伏和智能充电设施打造站房级绿色能源供应体系
为了实现光伏电站精细化管理与运营，依托智慧管控平台打造了包含光伏电站概览、能源监测、能源服务、能源分析等功能的光伏BIM可视化运维监控系统。
（2）依托全线能源管理系统的建设，实现铁路全线能源的灵活调配
京雄全线能源管理系统从2020年6月25日启动，12月25日投入运行，实现了能源单点管理到全线管控新的突破。系统采用三级架构，自上而下依次为：全线能源管理系统平台（系统管理层）、站所管理子系统（子站及区间管理层）、末端能耗数据采集，第四层是云端。系统涵盖北京、河北段全线6个站房（大兴站、新机场站、固安东站、霸州北站、雄安站、动车所）和5个区间段4000多个能源数据的采集、分析处理。
（3）采用多元主体、多供应区、多能源服务模式，打造高铁沿线片区级多能供应体系
高铁站片区供热（冷）建设运营管理服务项目由雄安集团基础建设有限公司投资，共建设3座综合能源站、1座监控中心、24.6km一级供热管网及51座热力站，集中供暖面积751.68万m2 ，集中供冷面积148.38万m2 。
（4）提供集全线管理、功能模式、经营服务于一体的围绕轨道全线的综合能源服务整体解决方案
雄安站配套停车场（CEC）是雄安站交通组织的重要构成部分，共有804个停车位。国网雄安综合能源服务有限公司成功取得北侧停车场公交车位、社会车位配套充电设施建设、运营权。一期在公交车位建设10个160kW直流充电桩，社会车位建设1个V2G充电桩、5个120kW直流充电桩、4个7kW交流充电桩；二期在公交车位建设10个160kW直流充电桩，社会车位建设1套S2G（1机12枪）、1个无线充电、1个数字货币充电桩。
图2 高铁站片区综合能源服务项目体系
二、技术方案
1.项目架构
按照综合能源业态特点，国网雄安综合能源服务有限公司从设计方案阶段就与高铁公司对接，涉及四个重点领域，一是全力打造“水滴上的明珠”—雄安高铁站屋顶光伏精品工程，二是依托城市智慧能源管控系统（CIEMS），建设“铁路线网上的能源大脑”—京雄铁路全线能源管理系统，三是跨界突破做好高铁片区供热（冷）建设运营管理服务，四是谋划三网融合下的充电网络”—建设高铁CEC充电桩。同时补充智慧路灯、直流生态应用场景等内容。最终以能源互联网为核心，打造高铁站片区低碳精品示范工程。
2.项目总体技术路线
（1）光伏项目电站概览模块，通过对高铁站屋顶光伏BIM建模，以三维可视化的形式，直观呈现电站发电量、发电时长、累计收益、系统效率、社会效益等重要信息。能源监测模块，基于三维立体场景，实现三维设备及数据的联动，以信息牌的形式展示气象站、光伏组串、逆变器以及变压器的实时监控信息及告警信息。能源服务模块，实时了解电站异常信息，实现故障研判、精准定位和智能派单，有效降低运维成本，提升光伏电站管理水平和经济效益。
图3 光伏发电项目
（2）全线能源管理系统重点解决铁路系统能源管理存在单站孤立管理，数据不透明，无法实现全线精确的分类、分户、分项计量等问题；数据采集涵盖站、线、段的水、电、油、冷、热，通过分层一体化管控，满足能源数据的采集和统计要求，更好的服务全线能源管理。
系统包含了全线监控、智能监测、运行分析、绿色能源、智慧用能、能源导航六大模块。横向“水、电、冷、热、油”多能一体化，纵向“线、段、站”分层管控。全线监控聚焦全线实时数据测，智能监测聚焦全线仪表实现电表、水表、热量表的监测、统计、查询、智能诊断功能，运行分析聚焦全线设备，实现水泵、风机、暖通空调等关键设备关键参数的运行优化，实现全线能效的综合指导，绿色能源聚焦全线能源结构，绿电组成、光伏、充电桩等新能源形式比例及社会效益，实现全线能源社会效益分析，智慧用能聚焦能耗统计分析、对标，梳理能源流向，实现全线用能的合理引导和对标考核。
图4 全线能源管理架构
图5 全线能源管理系统界面
（3）国网雄安综合能源服务有限公司组建联合体，于2020年7月7日成功中标高铁能源站建设运营管理服务项目，项目服务期7个采暖季，实现了国网在雄安新区供热（冷）领域业务的跨界突破。高铁片区1#能源站是保障高铁主站房2020-2021年供暖的一级综合能源站，也是新区第一个投入使用综合能源站，现已经完成首个供暖季保障工作。
图6 能源站效果图
（4）高铁CEC充电站作为“交通网、信息网、能源网三网融合”下的智慧充电网络，以充电桩作为能源互联网的智能载体，通过“大云物移智”等新技术，协助电网削峰填谷，为绿色交通出行提供动力源泉。
为实现充电站智慧、可视化运营管理，建设了充电桩运营管理平台，实时监控充电全过程数据，多层次、多维度、全方位呈现充电站运营情况，为站内运营人员、电动汽车充电用户提供优质服务。高铁站CEC充电桩支持电动公交车即插即充、无感充电，实现车、桩、网的互联与高效互动，为公交用户提供简单、便捷、可靠的全新充电体验。
图7 充电桩系统功能
3.项目实现功能
（1）屋顶光伏三维可视化系统以光伏设备信息为核心，以大数据分析为手段，有效解决了光伏电站预警能力差、故障研判时间长问题。为了实现电站全生命周期高效运行管控，开发了能源分析模块。通过灰尘分析功能，自动分析各逆变器下组串灰尘累积率，综合考虑灰尘损失，指导电站清洗策略。通过阴影分析可识别不同类型阴影，评估阴影损失；结合光伏组件材料、使用年限、区域环境等因素构建光伏发电衰减曲线，深度挖掘衰减原因。通过逆变器停机损失及停机时长分析，快速发现故障逆变器，针对实际情况给出处理建议。通过指标分析，对发电时长、系统故障数量、系统效率按时间维度纵向对比分析，从而指导电站安全可靠运行。
（2）在全体量、多维度采集电、热、水等能源数据及关键设备参数的基础上，开发了能源导航模块，实现数据增值，透过数据分析看到车站的实时动态及全线能耗的组成、能耗总量和能耗趋势，实现全线看能源；采用站-段-线的三级分析，实现车站用能排名、呈现各级关键指标，实现各级看能源；通过表计健康状况和历史趋势，以及全线各站的告警数量和告警等级，开展对标管理，判断全线的管理水平，实现能源看管理；依托车站总能耗、单位面积能耗、单位人流能耗等指标的变化，初步了解雄安城市人流、能流的增减，记录雄安发展轨迹，实现能源看雄安。最后，系统展现京雄全线绿色电力能源占比、京雄高铁屋顶光伏发电量等实时信息，以及二氧化碳减排等社会效益，实现电气交通绿色化，实现能源看社会。
（3）先期投运的1#能源站项目主要具备以下三个特点。一是以天然气作为供能保障能源，因地制宜利用浅层地热、绿电、余热等可再生能源，供能方式包括燃气锅炉（供热）、燃气三联供（发电、供热、供冷）、浅层地温+水蓄能（供热、供冷）和电锅炉+固体蓄热（供热）。二是能源站为地下布置，分为两层，基坑深21米，有效利用了地下空间，采用管廊敷设方式，节约城市用地，方便设施的维护和检修。三是建立全系统可视化数字信息模型，设立热网监控中心，分析多热源热网的压力、流量、温度、压降以及热负荷等数据，对运行工况进行诊断与分析，提供在线优化运行决策，保证热网安全、高效、智慧运行。
（4）依托高铁站智慧出行，把传统充电站拓展为“充放电+配套服务”商业运营模式，融合V2G、S2G、无线充电等三大核心功能，丰富数字货币应用场景，打造多模充电、多模支付场景，辅以智能充放电、车网智能互动等增值服务，探索“1+3+X”充电服务生态，支撑新区智能高效交通需求及“90/80”（绿色交通出行比例90%，公共交通占机动化出行80%）出行目标。
三、商业模式及客户收益
1.商业模式
（1）模式创新
根据项目四个方面不同侧重点，采用能源托管、合同能源管理、能源运营等多种商务服务模式。投资上，利用BOT、BT、EPC、项目公司运作模式等模式。
（2）服务费用
屋顶光伏收取售电费用，智能充电站收取充电服务费，能源站收取供热、供冷费用，全线能源管理收取运维费用。
（3）数据增值
已投运的系统积累了高铁站片区的大量能源实际运行数据，可进一步挖掘数据价值，凭借数据增值服务提升利润。
2.客户收益
屋顶光伏发电输出绿色电力，能源就地消纳、高效利用、清洁低碳，打造了光伏BIM可视化运维监控系统。就地消纳比例超过80%。每年可节约标煤约 1800 吨，相应减少二氧化碳排放 4500 吨，相当于植树 12 公顷。
全线能源管理解决了铁路系统能源管理存在的单站孤立管理问题，实现全线精确的分类、分户、分项计量。全线一体化建设较分站建设节省投资370万元。实现了高铁建筑整体能耗的实时监测和细致化管理。
能源站实现多能协同供应和能源综合梯级利用，成立了全系统可视化数字信息模型与热网监控中心。综合能源利用率超70%，减少6%至7%的线损，年均收入1826万元。实现多级综合能源供应，清洁低碳、多能互补、安全高效，体现国网公司能源央企的责任担当。
智能充电站配套建设充电桩运营管理平台，为站内运营人员、电动汽车充电用户提供优质服务。日均充电次数117次，日充电量5991.59度，平均日服务费收益3594.95元。打造了绿色低碳及智慧交通体系，协助电网削峰填谷，为绿色交通出行提供动力源泉。
四、项目亮点及经验总结
1.在高铁站房建设屋顶光伏，可就地消纳绿色清洁能源。采用建筑一体化设计理念，基于BIM技术，严格确保组件发电效率。创新组件安装方式，解决了屋顶曲面弧度大等难题，实现光伏组件与站房建筑的有机融合。使用了灰尘分析、阴影分析、衰减分析等技术，实现三维可视化及光伏电站精细化管理与运营。改变了传统高铁区间、站所独立管控模式，通过分层一体化管控，满足能源数据的采集和统计要求，减少重复投资。
2.高效运营综合监控事前预测，事中控制，事后分析优化设备运行方案，提高设备效率，加强计划管理。对全线能源消耗的分类、分户、分项在线计量，自动向用能单位上报相应能耗数据，满足铁路各级节能管理的需要。能源调度使用了站房设备的优化控制、管网平衡分析、站间协调调度等关键技术，促进高铁站能源系统的绿色高效运营及区域能源的闭环管理。多能互补以电能作为供能保障能源，因地制宜利用可再生能源，利用了多能互补、云端智慧调控等技术对高铁站房进行清洁能源供应。
3.统筹开发、互补利用传统能源和新能源，优化多能供应形式，布局建设一体化集成供能基础设施，实现多能协同供应和能源综合梯级利用。增强能源供需协调能力，推动能源清洁生产和就近消纳，提高能源系统综合效率，打造片区级多能供应体系典范。
4.创新多能互补体制机制与商业模式，引入社会资本，提出能源供应业务“央企+国企+民企”合作体系及“能源托管+合同能源管理+能源运营”能源服务模式。
5.引入社会资本，创新合作模式，把传统充电站拓展为“充电+放电+配套服务”商业运营模式。支持灵活多样充电，使用了直流充电桩，交流充电桩，V2G充电桩，S2G充电桩，支持无线充电及数字货币充电技术。充电桩支持电动公交车即插即充、无感充电，实现“双机并充+单机双充”。可视化系统平台参与电网需求侧响应，将充电站作为可调节负荷参与电网互动，参与削峰填谷。
五、公司介绍
国网雄安综合能源服务有限公司经国家电网公司批复成立，2019年3月8日完成工商注册，注册资本金2亿元，是国家电网公司在雄安新区设立的从事综合能源市场化业务的投资、建设和运营平台，旨在助力雄安新区建设，赋能新区智慧城市运营。
【责任编辑：王长尧 】
