科技成果——公路隧道节能照明技术

科技成果——公路隧道节能照明技术成果简介

采用LED灯、氙气灯代替原高压钠灯用于公路照明，辅以智能化可调光电子镇流器和智慧控制系统，可以根据需要调整光源亮度，有效减少公路照明能耗。

LED隧道灯具有功耗低、寿命长、发光效率高、启动时间短、显色指数高等优点；有源滤波技术采用适时主动抵消滤波的方式，具有及时、高效、无谐振危害的特点，车辆感应照明控制采用车辆检测与照明控制联动控制技术，减少隧道照明系统的无效耗能，在交通量较小的隧道照明系统中应用具有明显的节能效果。

氙气灯的光谱最为接近日光光谱，是目前显色性最好的电光源；光色丰富，符合人眼视觉感受，不容易导致人眼视距疲劳；相比于高压钠灯，节能率可以达到65%以上。

适用范围

适合在隧道照明及公路照明工程上推广应用

关键技术

LED隧道灯节能照明：

LED光源显色指数相对较高，在替换高压钠灯等显色指数较低的光源时，从视觉效果上，较低照明水平即可达到原有照明效果，因此在保证隧道交通安全的前提下可适当降低LED隧道照明系统功率，辅以供配电系统有源滤波技术及车辆感应照明智慧控制系统，节能效果更为显著。

（1）供配电系统有源滤波技术

对于LED隧道照明系统，需要采用较高效率的驱动电源，而驱动电源通常为AC-DC变换电路，属于非线性负荷，非线性负荷将导致电网电流不随电压同步变化的特性，使得流过电网的电流是非正弦波形的，这种电流波形是由基波和与基波频率成整数倍的谐波组成，即产生了谐波，使电网电压失真，同时消耗电网上额外的电能。

本项目采用的有源滤波技术是将源滤波装置APF（Active Power Filter）并联接入系统，通过实时检测负载电流波形，得到需要补偿的谐波电流成分，并将其反向，通过控制IGBT的触发，将反向电流注入供电系统，实现滤除（抵消）谐波功能。另外，还可提供超前或滞后的无功电流，用于改善电网功率因数、实现动态无功补偿。

图1 APF工作原理图

（2）车辆感应照明控制系统节能原理

设置在隧道进口前方200m处的车辆检测器检测到有车辆即将进入隧道，PLC控制系统将开启按照当时天气状况所需的照明回路；当检测到车辆驶出隧道区域，隧道内暂时没有车辆时，可延时关闭照明系统；这样可避免在隧道内无车辆时的照明系统电能消耗，如图2所

示。

图2 车辆感应照明控制系统节能原理图

氙气灯公路节能照明：

氙气灯是在抗紫外线水晶石英玻璃管内，以多种化学气体充填，其中大部分为氙气（Xenon）与碘化物等，然后再透过增压器（Ballast）及高压震幅激发石英管内的氙气电子游离，在两电极之间产生光源，这就是所谓的气体放电。而由氙气所产生的白色超强电弧光，可提高光线色温值，类似白昼的太阳光芒。在应用氙气灯进行公路照明时，还可配合采用智能化可调光电子镇流器和智慧控制系统，实现最大限度的节能减排效果。

（1）智慧控制系统

路灯智慧照明管理系统实行三级管控，分别为终端控制层、集中控制层和监控中心组成。集中控制层通过集中控制器实现，终端控制层功能通过单灯控制器实现。系统组网方案如图3所示。

控制节点1至N通过ZigBee网络协议实现了路灯通信的网络结构，每个网关节点作为该条道路的主控节点。集中控制器采用GPRS

通信技术，可以将路灯的状态信息发送到中心服务器，并存入数据库中。监控中心通过对服务器的数据库进行操作就可以实现对路灯状态的监测和控制。

图3 路灯智慧照明组网示意图

（2）控制方案设计

机动车道：采用氙气灯光源配合可调电子整流器实施改造，调光方案为：开灯到0.5小时，65%功率输出；0.5小时到4.5小时，100%整流器输出；4.5小时到关灯：65%功率输出。

通过氙气灯及智慧控制系统的综合应用，在满足道路照明标准值前提下整个项目改造后可实现综合节电率60%以上。

典型案例

一、LED隧道灯节能照明

（1）应用单位

云南省公路开发投资有限责任公司

（2）应用情况

项目应用LED隧道灯858盏共51.64kW，包括40W灯具556套，60W灯具98套，80W灯具84套，140W灯具120套，共投资233.87万元，年运营成本23.74万元。项目改造前应用高压钠灯年用电量为875036kWh，全部更换为LED隧道灯后，年用电量为323594kWh。

（3）效益分析

全部更换为LED隧道灯后，年节电量551442kWh，折合标准煤182tce，减少CO2排放454t。按电价0.6元/kWh计算，每年可获得经济效益为33万元。

二、氙气灯公路节能照明

（1）应用单位

嘉善县善江公路项目有限责任公司。

（2）应用情况

据测算，相比高压钠灯，使用氙气灯开展节能照明改造工程，每瓦成本增加1元。项目改造前使用高压钠灯共计749盏，其中250W 灯具531盏，150W灯具218盏，年用电量为664282kWh。

采用氙气灯代替高压钠灯，用140W氙气灯代替原有250W高压钠灯531盏，用55W氙气灯代替原有150W高压钠灯218盏，共计采用氙气灯749盏86.33kW，投资77.70万元。年用电量为346615kWh。

（3）效益分析

节能照明工程改造前后，年节电量为317667kWh，折合标准煤105tce，减少CO2排放262t。按电价0.6元/kWh计算，每年可获得经

济效益为19万元。

推广前景

当前市场上LED隧道灯及氙气灯产品质量水平差异较大，建议应用企业根据自身应用需求，科学选择高性能、高质量的照明灯具。