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分析城市道路路灯照明节能可行性

[2016-11-14 11:45:13]点击:
在建设和发展城市道路照明和城市夜景照明的同时,随之而来的就是要支付照明综合费用(电费和维修、维护费),为了降低道路照明的综合费用,长期以来,许多城市在节能方式上大多采用在深夜关闭部分照明灯的措施,这在经济条件和技术水平不够的历史阶段无疑是必要和可行的,然而随着当今经济、科技的发展,应当采用先进技术和科技手段,分时间段对道路照明系统电压的调整、控制,用智能化的控制方式达到节约道路照明综合费用的目的(电费和维修费用),既降低城市道路照明的综合费用,又营造城市人民生活的现代化环境和经济繁荣景象。
     
据调查,各地城市道路照明每天的平均时间为11.5小时,其中,晚上22点后,道路上车少人稀,即便是繁华街道,午夜24点至清晨6点,也罕见行人和车辆。毫无疑问,在低交通流量上的道路上仍然保持原照明的亮度,不能按需调控照明亮度,显然是白白的耗费能源和费用。从光源来看,现有的路灯大多使用的是高压纳灯,其设计寿命虽为20000小时(45年),但由于电压波动影响,实际使用寿命远达不到此数,而我国许多地区的电网波动严重,有些地区甚至超过额定电压的15%,特别在后半夜,由于电负荷减少使得电网电压有时接近237V—245V,致使路灯灯泡的实际使用寿命大大缩短,一般为11.5年。更换灯具的劳动工作量大,而且容易发生危险和工伤事件,造成维护费用居高不下。因此,在节能方式上采用深夜关闭部分路灯的办法,既不科学也不全面。当今国际上流行的节能方式是采用智能调控技术,这不同于国内目前一般的可控硅斩波和自耦降压的技术。它充分考虑城市道路照明的实际状况,依据人体工程学中的视觉理论,采用现代控制论中的最优控制方法,实现对路灯电压及照度的动态智能化管理。
    
此项技术的基本思路就是:在繁忙的时段,控制路灯保持原设计的照度;接近午夜时分,道路上人少车稀时,开始自动调整电压,通过对用电电压的智能控制,减少后半夜因城市整体的用电减少所引起的电压偏高而造成的大量电能浪费。它的控制过程是:通过测取城市道路车辆及行人的时间车辆(人)统计规律,获取相应的照度调整率,依此来设计计算机的控制程序,根据照度调整率,从某一时刻开始,平滑地对路灯输入电压进行动态调整,使路灯输入电功率与实际照度要求达到最佳匹配,不仅节约了电能,而且稳住了电压,延长了路灯的使用寿命,达到了双重意义上的节能和节费。在德国、美国这些耗电大国,此类技术得到政府的大力扶持和推广。 
    
经济效益可行性分析 
  
 为更加具体的阐述各种节能照明方式的优、缺点,以及实际产生的经济效益,我们在北京的城市道路中,选择一条已采用了一台容量为60KVA的智能照明节能装置的路段,进行全面的实事求是的分析。该路段总负荷为40KW,按全年路灯照明时间计算,平均每天为11.5小时。而该路段照明系统的电压高于额定电压的10%之多(电工学原理:电压升高10%,功率升高21%)。该路段的电费为0.6/度,而道路照明的维修费是总电费的30%,因此只此一条40KW的路段,管理处全年就要支付不低于158464元照明综合费用。
    
计算方式:
    
电  40KW×11.5小时×1.21×365
    
    =203159KW×0.6=121895.4
    
121895.4×30%=36568.6
    
综合费用 121895.4+36568.6=158464
   
 该路段的管理处为了降低道路照明的综合费用,也曾经考虑了几种节能方案,其中包括传统的半夜灯方式、斑马灯方式和安装智能照明调控装置的方式,而用户通过计算和对城市道路的综合考虑,最后采用了安装智能照明调控装置这一科学的方式,一次性投入,长期收益。
   
 各种节能方式的节能比率的分析:
     1
半夜灯方式:前半夜照明时间为6小时,后半夜关灯,节约综合费用比率为47%
    
计算方式:
    
电  40KW×6小时×1.21×365
    
    =105996×0.6=63597.6
    
63597.6×30%=19079.28
    
综合费用 63597.6+19079.28=82676.88
    
  与采用此节能方案所节约综合费用比率:
    
  158464-82676.88÷158464×100%=47%
    
  2斑马灯方式:也就是隔一个亮一个灯。全夜斑马灯方式,节约综合费用比率为50%,后半夜斑马灯方式,节约综合费用比率为26%
    
计算方式:
    
 费 40KW×6小时×1.21×365天)
    
    +40KW×5.5小时×1.21÷2×365天)
    
    =154577.5×0.6=92746.5
    
92746.5×30%=27823.95
    
    
综合费用 92746.5+27823.95=120570.45
    
与采用此节能方案所节约综合费用比率:
     158464
-120570.45÷158464×100%=23%
     3
、采用在照明系统上安装智能照明调控装置的方式:该设备具有软启动、稳压、节能功能,用户可根据道路照明的现状,科学的设定节能时间和节能比率。
    
前半夜18—22点为正常照明时段,设备通过软启动工作过程将灯具的启挥电压从200V缓慢上升到220V额定电压,上升时间一般为230秒(也可由用户根据自己的照明灯具而定),电压上升到220V以后,设备将一直运行在稳压状态直至22点。22—5点设备将工作在节能状态,由220V的额定电压缓慢的下降到190V—185V后稳定工作(节能电压可根据需要在220V25%之内由用户自行选定),此时功率下降30%,是原功率的70%。因此,节约综合费用比率为26%
    
计算方式:
    
40KW×4小时×365天)+40KW×7.5小时×0.7×365天)=135050×0.6 =81030
    
81030×30%=24309
    
综合费用 81030+24309=105339
    
与采用此节能方案所节约综合费用比率:
     158464
-105339÷158464×100%=33%
  
 我们最初对用户承诺的节电比率为33%,维修费50%。而在智能照明调控装置投入运行后的实际测量得到的节电数据为36.3%,也就是说实际的比计算值节约的还高。现在我们仍以该节能方式所节约的综合费用比率33%与其他几种节能方式相比。
    1.
综合分析及投资回报
 
 该路段管理处根据计算:使用智能照明调控装置的方式降低综合费用为33%,有些可达50%;使用半夜灯方式降低综合费用为47%;使用全夜斑马灯方式降低综合费用为50%,而使用后半夜斑马灯方式所降低综合费用为23%。但在照明效果上,半夜灯方式导致后半夜该路段漆黑一片,此种节能方式虽不用再投资,但代价是,不但给夜间的行人和车辆造成不便和安全隐患,同时也会给城市的治安带来隐患。全夜斑马灯和后半夜斑马灯"方式会造成该路段的照明出现死角,由于路灯一般间隔30米最大间隔为50米,而隔一个亮一个,中间间隔60米甚至到100米,这种黑亮相间的斑马现象,尤其对汽车驾驶的视觉感官非常不利,该路在设计建设时就已经考虑了此种节能方式,也不用再投入,但这种节能方式违背了城市道路照明发展的方向,同时造成了行人和汽车驾驶员对该路段照明方式不满意。另外,并不能避免后半夜电网电压的升高对路灯寿命的减损,因此不能称作是真正意义上的节能。 
   
 与此同时,管理处也考虑过采用节能灯的方式,但管理处的技术人员根据节能灯的特性;节能灯所发出的光为刺眼的白光,无法与道路照明中通常使用的钠灯等的柔光相比,而钠灯的最大发光效率为最佳,是130lm/wW,且节能灯的寿命也有待于提高,而将原来的纳灯更换为节能灯同样需要改造费用。不如一次性投入智能照明节能设备,按投资回报期计算,在一年半左右可收回成本。
  
 用户在采用智能照明节能装置近两年中,不但节约了很大一部分综合费用,方便了行人和车辆的行驶,而且在产品的技术性能和质量方面得到了用户的好评,并在该管理处所管辖的其他路段上逐步采用智能照明调控装置,达到全路段节能的目标。 
  
 2.其他收益
     ●
智能照明调控系统为照明设备提供各种自动化控制功能,通过电脑控制和管理软件实现无故障智能化和无人值守,提高安全可靠性,实现城市照明智能化管理。
  
 智能照明调控系统可平均延长灯具寿命2倍以上,大量减少了灯具损耗,节省了灯具的购置费和更换工程费及维护费等。另外,也减轻了维护人员的劳动量。更重要的是,在很多场所,灯具更换有很大的难度和危险性,工伤事件时有发生,灯具寿命的延长可大大降低这种危险的发生。
     ●
更深远意义在于,通过节约可观的电能消耗,就可以有效的减少火力发电厂(2002年火力发电占我国年总发电量的81.83%)对大气COSONO和粉尘、灰渣的排放量,减少污染,保护环境。
 
 根据以上的初步计算,若一个城市道路照明年电费为2000万元、年维修维护费600万元,采用智能照明调控设备后,可节约电费600多万元、节约维修维护费300万元,全年总节约的综合费用为900万元。采用智能照明调控设备对全市路灯系统进行节能改造,虽然先期需要一些投资,但一般在一年半左右可收回全部投入。无论从节能环保还是经济、社会效益的角度看,此项投资都具有长远而深刻的实际意义。