公路隧道照明節(jié)能的問(wèn)題及對(duì)策

公路隧道照明節(jié)能的問(wèn)題及對(duì)策

0國(guó)內(nèi)公路隧道概況中國(guó)是一個(gè)多山脈的國(guó)家，山區(qū)約占全國(guó)總面積的69.24%。隨著國(guó)家和地方公路網(wǎng)規(guī)劃的逐步實(shí)施以及公路不斷向山嶺重丘、離岸深水區(qū)延伸,我國(guó)公路隧道里程不斷增長(zhǎng),規(guī)模不斷擴(kuò)大。截至2014年,全國(guó)公路隧道為12404處,1075.67萬(wàn)米,如圖1所示。其中,特長(zhǎng)隧道626處、276.62萬(wàn)米,長(zhǎng)隧道2623處、447.54萬(wàn)米以浙江省交通投資集團(tuán)有限公司2011年3月的調(diào)查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為例1隧道led照明在江西景鷹高速公路高旁下隧道應(yīng)用公路隧道照明節(jié)能問(wèn)題已逐步得到相關(guān)行政機(jī)構(gòu)、運(yùn)營(yíng)公司、科研院所和社會(huì)團(tuán)體的高度重視。如交通運(yùn)輸部組織開(kāi)展的第二批節(jié)能減排示范項(xiàng)目中,“隧道LED節(jié)能燈照明在江西景鷹高速公路高傍下隧道的應(yīng)用”在列;重慶、廣東、安徽、河北、陜西、湖北、貴州、福建、吉林、浙江、湖南、云南等地也先后開(kāi)展了公路隧道照明節(jié)能示范工程建設(shè)和技術(shù)推廣應(yīng)用工作。調(diào)查研究表明,我國(guó)公路隧道照明節(jié)能工作在取得一定成效的同時(shí),還存在不少深層問(wèn)題和制約因素。(1)對(duì)于公路隧道運(yùn)營(yíng)管理企業(yè)的影響節(jié)能減排是一項(xiàng)持久長(zhǎng)遠(yuǎn)的社會(huì)責(zé)任和戰(zhàn)略任務(wù)。但在一定程度上,對(duì)于公路隧道運(yùn)營(yíng)管理企業(yè)而言,可能是一種不經(jīng)濟(jì)的行為。公路隧道照明節(jié)能減排方案的實(shí)施或許使得企業(yè)投入成本比產(chǎn)出效益高,如目前推廣應(yīng)用的公路隧道LED燈就存在“節(jié)能不節(jié)錢”的突出問(wèn)題(2)推廣應(yīng)用節(jié)能技術(shù)產(chǎn)品目前市場(chǎng)上充斥太多打著節(jié)能旗號(hào)的偽劣產(chǎn)品,照明節(jié)能技術(shù)和產(chǎn)品的鑒定及推廣也缺乏權(quán)威機(jī)構(gòu)的強(qiáng)力支持(3)節(jié)能統(tǒng)計(jì)指標(biāo)體系的定義節(jié)能減排工作的一項(xiàng)重要內(nèi)容是建立科學(xué)、規(guī)范的能耗統(tǒng)計(jì)指標(biāo),并根據(jù)指標(biāo)對(duì)節(jié)能減排工作進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)(4)勞動(dòng)力、原材料成本上升是造成企業(yè)不能按勞動(dòng)力成本上升的最主要原因投入的資金照明節(jié)能設(shè)備應(yīng)用和技術(shù)推廣及節(jié)能宣傳、教育、獎(jiǎng)勵(lì)需要投入大量資金,但隨著勞動(dòng)力、原材料成本的上升,企業(yè)利潤(rùn)將會(huì)大大減少,這就使得企業(yè)能夠投入的資金十分有限,往往不能達(dá)到全面節(jié)能的效果。目前,我國(guó)各級(jí)交通運(yùn)輸主管部門安排的公路隧道照明節(jié)能減排專項(xiàng)資金還比較欠缺。(5)照明節(jié)能減排力度小相關(guān)政策和法規(guī)對(duì)公路隧道照明節(jié)能減排的支持還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。雖然絕大多數(shù)公路隧道運(yùn)營(yíng)管理企業(yè)都十分重視照明節(jié)能減排工作,調(diào)研、宣傳的力度很大,但落實(shí)、貫徹的力度較小。公路隧道照明節(jié)能減排工作仍滯留在政府一般號(hào)召和企業(yè)自發(fā)行動(dòng)層面。2主要措施和技術(shù)2.1公路隧道太陽(yáng)能智能led照明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)性節(jié)能是指提高太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生能源在公路隧道照明系統(tǒng)能耗中的比例,調(diào)整優(yōu)化公路隧道照明能源結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)性節(jié)能可挖掘潛力巨大,是未來(lái)的主攻方向。(1)太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)。目前,太陽(yáng)能交通安全設(shè)施在109國(guó)道東方紅隧道中得到成功應(yīng)用;國(guó)內(nèi)最大的太陽(yáng)能公路隧道照明系統(tǒng)在河北承德市韓郭公路小梁東隧道投入使用;吉林省建成全國(guó)首座公路隧道太陽(yáng)能智能LED照明系統(tǒng);福建金雞嶺隧道采用46KWP太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng),與市電并網(wǎng)為照明系統(tǒng)供電,目前年發(fā)電量約50000kW·h;山東煙臺(tái)通世路隧道利用太陽(yáng)能照明,如圖3所示。每年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤>120t。(2)太陽(yáng)能和風(fēng)能互補(bǔ)發(fā)電技術(shù)。安徽六潛高速公路獅子尖隧道,首次采用太陽(yáng)能和風(fēng)能發(fā)電互補(bǔ)離網(wǎng)供電系統(tǒng),如圖4所示。既節(jié)省了電能,又降低了發(fā)電設(shè)備配置和成本。(3)太陽(yáng)能光纖照明技術(shù)。公路隧道照明節(jié)能技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)是構(gòu)建以太陽(yáng)能光纖照明為代表的節(jié)能、高效、安全的綠色照明系統(tǒng),如圖5所示。在美國(guó),連接薩姆勒(Sumner)和卡拉罕(Callahan)的隧道已設(shè)計(jì)并采用全新的太陽(yáng)能光纖照明系統(tǒng)。應(yīng)用光纖傳導(dǎo)太陽(yáng)光進(jìn)行隧道洞口加強(qiáng)段照明,可以實(shí)現(xiàn)加強(qiáng)照明亮度與外界環(huán)境亮度同步變化,使得公路隧道更加安全、節(jié)能、環(huán)保。一種方法是將高效、大型的導(dǎo)入裝置在入口段和出口段照明進(jìn)行應(yīng)用,太陽(yáng)能光纖照明系統(tǒng)既可以節(jié)約照明能耗,又符合入口段路面亮度隨洞外亮度變化而變化的規(guī)律,要滿足入口段路面亮度要求,一般需采用帶有太陽(yáng)跟蹤系統(tǒng)的大型透鏡聚光器。2.2公路隧道照明節(jié)能技術(shù)技術(shù)性節(jié)能又稱效率節(jié)能,是指通過(guò)對(duì)照明及供配電設(shè)施的改造或技術(shù)升級(jí),在確保公路隧道運(yùn)營(yíng)安全的前提下,有效降低公路隧道單位veh·km照明能耗。公路隧道照明及供配電節(jié)能成套關(guān)鍵技術(shù)已取得重大突破(1)準(zhǔn)確測(cè)試洞外亮度。福建、重慶、河北、陜西、浙江、廣東等地高速公路隧道洞外亮度L(2)優(yōu)化照明設(shè)計(jì)參數(shù)。應(yīng)當(dāng)結(jié)合公路隧道的工程特點(diǎn),以及公路隧道照明理論的最新研究成果,對(duì)長(zhǎng)、短隧道照明設(shè)計(jì)方法和參數(shù)進(jìn)行區(qū)別對(duì)待(3)選擇使用節(jié)能光源。將“中間視覺(jué)理論”和“對(duì)目標(biāo)物體反應(yīng)時(shí)間的視覺(jué)功效法”應(yīng)用于公路隧道照明設(shè)計(jì),并根據(jù)公路隧道節(jié)能光源以高壓鈉燈(HPS)為基準(zhǔn)的亮度對(duì)比換算系數(shù)計(jì)算LED燈等新型節(jié)能光源的照明參數(shù)指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,基于等效亮度法(4)應(yīng)用智能照明控制。公路隧道照明控制有分級(jí)調(diào)光控制法和無(wú)級(jí)調(diào)光控制法兩種。在傳統(tǒng)分級(jí)調(diào)光控制法下,照明亮度分級(jí)少,造成電能浪費(fèi)(即“過(guò)度照明”或“無(wú)效照明”),而無(wú)級(jí)調(diào)光控制法則能響應(yīng)跟蹤照明需求曲線,可以得到最優(yōu)的控制效果并能達(dá)到節(jié)能目的,即所謂的“按需照明”。(5)采用高效照明配光。公路隧道照明配光有逆光照明、順光照明與對(duì)稱照明等三種。國(guó)內(nèi)學(xué)者研究表明,逆光照明和寬光帶對(duì)稱照明是公路隧道照明最佳配光形式之一。(6)合理布設(shè)照明燈具。公路隧道基本照明燈具有中間單排布燈、兩側(cè)對(duì)稱布燈、兩側(cè)交錯(cuò)布燈等三種傳統(tǒng)布設(shè)方式。不同的布燈方式,其所用燈具數(shù)量、養(yǎng)護(hù)方便程度不盡相同。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,中間單排布燈比雙側(cè)布燈效率高,雙側(cè)交錯(cuò)布燈比雙側(cè)對(duì)稱布燈效率高。工程實(shí)踐證明,將照明燈具布設(shè)在公路隧道一側(cè),安裝高度為6.3m,既是一種較高效率的布燈方式,同時(shí)也能較好地解決目前公路隧道照明系統(tǒng)養(yǎng)護(hù)維修難題(需要完全封閉隧道)。(7)使用照明節(jié)電設(shè)備。智能照明節(jié)電設(shè)備是應(yīng)用特殊設(shè)計(jì)的自耦降壓式裝置(有功率因數(shù)補(bǔ)償效果),采用補(bǔ)償變壓器、中央處理器、控制電路、多抽頭變壓器和靜態(tài)開(kāi)關(guān),對(duì)電網(wǎng)過(guò)欠壓進(jìn)行快速自動(dòng)補(bǔ)償,為負(fù)載提供穩(wěn)定、完美的正弦波電壓,因而能實(shí)現(xiàn)根據(jù)內(nèi)外部用電條件,對(duì)電網(wǎng)中的浪涌、噪音、干擾、功率因數(shù)、諧波等進(jìn)行抑制或優(yōu)化處理,并根據(jù)設(shè)定的電壓曲線,穩(wěn)定地供應(yīng)照明設(shè)施所需工作電壓,使系統(tǒng)用電能效達(dá)到最佳狀態(tài)。當(dāng)電網(wǎng)電壓為390V、400V、410V時(shí),照明節(jié)電設(shè)備投入使用后,公路隧道照明系統(tǒng)可分別節(jié)能約20.2%、25.3%、30.9%。重慶界水高速公路南湖隧道照明節(jié)能改造中使用照明節(jié)電設(shè)備后效益顯著,節(jié)電率高達(dá)27%。(8)應(yīng)用新型節(jié)能設(shè)備。部分短隧道可增設(shè)LED誘導(dǎo)燈,以控制照明系統(tǒng)設(shè)置規(guī)模,不但能節(jié)省大量建設(shè)投資費(fèi)用,還減少了養(yǎng)護(hù)費(fèi)用及電能消耗。LED誘導(dǎo)燈不僅使得公路隧道輪廓線更加清晰,而且能極大緩解駕駛員的心理壓力,同時(shí)在滿足公路隧道行車安全前提下,可適當(dāng)降低公路隧道照明亮度(尤其是夜間)。(9)照明系統(tǒng)分期實(shí)施。公路隧道照明系統(tǒng)必須根據(jù)近、遠(yuǎn)期交通量設(shè)計(jì)分期實(shí)施方案,做到統(tǒng)籌規(guī)劃、一次設(shè)計(jì)、分期實(shí)施。以單洞長(zhǎng)4km的高速公路隧道為例,采用分期實(shí)施方案可較一次性實(shí)施方案節(jié)省初期投資約40%,近、遠(yuǎn)期運(yùn)營(yíng)照明可分別實(shí)現(xiàn)總體節(jié)能51%和25%,能夠極大程度地節(jié)約電能、保護(hù)環(huán)境。2.3加大節(jié)能減排政策扶持力度管理性節(jié)能是指從養(yǎng)護(hù)管理和運(yùn)行管理角度出發(fā),提高照明設(shè)施的使用效率,降低照明設(shè)施的能耗數(shù)量。管理性節(jié)能對(duì)指導(dǎo)公路隧道照明節(jié)能具有極其重要的引導(dǎo)作用(1)建立健全節(jié)能減排統(tǒng)計(jì)、監(jiān)測(cè)和考核體系、完善相關(guān)規(guī)章制度和技術(shù)政策,使公路隧道照明節(jié)能減排工作有章可循、有據(jù)可依。(2)加大節(jié)能減排專項(xiàng)資金投入,提高公路隧道照明節(jié)能減排政策的扶持力度,對(duì)節(jié)能技術(shù)與產(chǎn)品推廣、現(xiàn)有公路隧道照明設(shè)施改造、報(bào)廢機(jī)電產(chǎn)品回收利用、節(jié)能減排表彰獎(jiǎng)勵(lì)和監(jiān)督管理體系建設(shè)等方面給予政策和資金支持。(3)鼓勵(lì)引入公路隧道能源合同管理(EMC),以解決公路隧道運(yùn)營(yíng)管理企業(yè)開(kāi)展照明節(jié)能減排項(xiàng)目缺乏資金、技術(shù)、人員、管理經(jīng)驗(yàn)等實(shí)際困難,實(shí)現(xiàn)節(jié)能零投資、零風(fēng)險(xiǎn)、持久受益,從而提高企業(yè)節(jié)能減排的積極性,并使企業(yè)有更多精力發(fā)展主營(yíng)業(yè)務(wù)。3道路隧道的節(jié)能經(jīng)濟(jì)生態(tài)效益據(jù)統(tǒng)計(jì),每節(jié)約1度(kW·h)電,就相應(yīng)節(jié)約0.4kg標(biāo)準(zhǔn)煤,同時(shí)減少排放0.272kg的碳粉塵、0.997kgCO4公路隧道照明節(jié)能新目標(biāo)工程實(shí)踐表明,堅(jiān)持從應(yīng)用單一節(jié)能技術(shù)向綜合運(yùn)用各種節(jié)能技術(shù)轉(zhuǎn)變、從注重技術(shù)性節(jié)能向解決結(jié)構(gòu)性節(jié)能關(guān)鍵問(wèn)題轉(zhuǎn)變、從粗放式運(yùn)營(yíng)節(jié)