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2016年优秀调研论文三:基于合同能源管理的高速公路隧道LED照明节能技术研究与应用
供稿人:管理员     发布时间:2017/5/24 15:36:27     阅读人数:4186
 

基于合同能源管理的高速公路隧道LED照明节能技术研究与应用

信息监控中心  张涛  周朋

 

摘要:合同能源管理机制(EMC)是一种新型的以节省的能源费用来支付节能项目全部成本的节能改造方式,是一种基于市场运作的新兴的节能新机制,其在国内交通行业,特别是在高速公路行业应用并不广泛,然而国内高速公路目前普遍采用的是高能耗的高压钠灯照明灯具,随着LED照明技术日渐成熟,采用合同能源机制对高速公路高能耗照明系统进行节能改造逐渐成为可能,本文主要结合湖北省沪渝高速公路鄂西段隧道LED照明改造合同能源管理项目案例,对合同能源管理节能机制在高速公路行业的推广和应用进行研究,并提出相关实践建议。

关键词:合同能源管理机制 EMC隧道照明 高压钠灯 LED照明

前言

上世纪70年代世纪范围爆发能源危机,能源价格的不断上涨,全球能源消耗的费用大幅度提高。西方发达国家开始寻找依靠本国资源,通过节约能源来提高能源使用效率的节能方式。为应对此次能源危机,美国率先提出了一种依赖于市场机制来促进节约能源的新模式、新机制合同能源管理(energy management contracting)机制,由于这种机制符合西方国家对节约能源的迫切需求,在西方发达国家迅速传播开来。

这种新机制自从90年代引进我国以来,已有近20年时间,但由于各种原因,合同能源管理机制在国内还未被市场广泛认识和接受。目前,我国已成为能源消耗大国,但同时也是世界上用能效率较低的国家之一,节约能耗,降低能耗对于保障我国能源安全、建设集约型社会具有十分重要的战略意义。

1、合同能源管理

合同能源管理机制(Energy Performance Contracting,国内简称EMC)是20世纪70年代在西方发达国家开始发展起来的一种以节省的能源费用来支付节能项目全部成本的节能改造方式。合同能源管理节能改造方式允许用户使用未来节约的能耗收益对高能耗设备进行升级,降低目前的运行成本,提高能源的利用效率,其实质就是以减少的能源费用来支付节能项目全部成本的节能业务方式。合同能源管理机制是一种国际通用、国内支持和鼓励的基于市场运作的全新节能机制,广泛应用于工业、电力、交通运输、水利、光伏等各个行业领域及政府公共事业机构。

1.1 合同能源管理运作模式

 合同能源管理项目的运作模式主要是由节能服务公司与愿意进行节能改造的用户签订节能服务合同,为用户的节能项目提供包括节能诊断、能源审计、融资、节能项目设计、施工设计、原材料和设备采购、施工、调试、节能监测、培训、运行管理等项目全过程服务,通过节能项目实施后产生的节能效益来赢利和滚动发展。它是一种双赢机制,因此,合同能源管理既不是同于工程改造,也不同于推销节能产品和技术,而是为用户提供一种在不增加投入的前提下降低能源成本的能源管理服务。

节能服务公司是采用基于这种运作模式的合同能源管理机制,以赢利为目的的专业化公司。节能服务公司与用户(用能单位)以契约形式约定节能项目的节能目标,节能服务公司为实现节能目标向用户提供必要的节能服务,用户则以未来的节能效益支付节能服务公司的投入及其合理利润。

1.2 合同能源管理类型

 合同能源管理项目不同于传统的节能改造项目,其运作模式主要有以下几种:

1)节能效益分享型

 在项目期内用户和节能服务公司双方分享节能效益的合同类型,节能改造项目的投入按照节能服务公司与用户的约定共同承担或由节能服务公司单独承担。项目建设施工完成后,经双方共同确认节能量后,双方按合同约定比例分享节能效益。项目合同结束后,节能设备所有权无偿移交给用户,以后所产生的节能收益全归用户。节能效益分享型是我国政府大力支持的模式类型。

此类型可以申请国家合同能源管理财政奖励和税收优惠。

2)能源费用托管型

用户委托节能服务公司出资进行能源系统的节能改造和运行管理,并按照双方约定将该能源系统的能源费用交节能服务公司管理,系统节约的能源费用归节能服务公司的合同类型。项目合同结束后,节能公司改造的节能设备无偿移交给用户使用,以后所产生的节能收益全归用户。

3)节能量保证型

 用户投资,节能服务公司向用户提供节能服务并承诺保证项目节能效益的合同类型。项目实施完毕,经双方确认达到承诺的节能效益,用户一次性或分次向节能服务公司支付服务费,如达不到承诺的节能效益,差额部分由节能服务公司承担。节能量保证型合同适用于实施周期短,能够快速支付节能效益的节能项目,合同中一般会约定固定的节能量价格。

4)融资租赁型

 融资公司投资购买节能服务公司的节能设备和服务,并租赁给用户使用,根据协议定期向用户收取租赁费用。节能服务公司负责对用户的能源系统进行改造,并在合同期内对节能量进行测量验证,担保节能效果。项目合同结束后,节能设备由融资公司无偿移交给用户使用,以后所产生的节能收益全归用户。

5)混合型

 以上4种基本类型的任意组合形成的合同类型。

1.3 国内外EMC发展现状

20世纪70年代世界石油危机爆发后合同能源管理作为一种全新的节能机制在市场经济国家逐步发展起来。因节能服务公司销售的不仅是产品和技术,更重要的是一种减少能源成本的财务管理及综合性的节能服务,不仅有效提高能效,而且可以解决重要的财务问题,因而得到广泛认可和推广,取得了显著成效和快速发展。1992年,加拿大政府开始实施“联邦政府建筑物节能促进计划”( The Federal Buildings Initiative,简称FBI计划)其目的是帮助各联邦政府机构与ESCO合作进行办公楼宇的节能工作,并制订了在2000年前联邦政府机构节能30%的目标。1995年,美国专门就合同能源管理新机制的推广应用立法,编写了EPC指南,联邦政府和各州政府都支持ESCO的发展,美国国会还通过的有关联邦政府的所有办公楼宇至2005年节能30%的目标的议案,把这种支持作为促进节能和保护环境的重要政策措施。此外,还有西班牙、意大利、法国、日本等国家,在热电、风电、垃圾处理、照明等个领域广泛推广合同能源管理机制,从政策上或法律上支持其发展。合同能源管理机制于上个世纪90年代引入中国,初期发展并不理想,直到20006月才有了第一个由国家主管部门发布的有关推广合同能源管理的文件《关于进一步推广合同能源管理机制的通告》。2007年,国务院发布《国务院关于印发节能减排综合性工作方案的通知》(国发〔200715号),20108月,我国第一部国家标准《合同能源管理技术通则》(GB/T24915-2010)出台,从实施层面制定了标准。十二五期间,在节能大趋势下,发展改革委、财政部、人民银行、税务总局又联合发布了《关于加快推行合同能源管理促进节能服务产业发展的意见》,以有利政策支持合同能源管理项目的推广。自20108月国家发改委、财政部开展第一批节能服务公司的备案申请以来,截止到20135月,国家发改委、财政部共组织了五批节能服务公司的备案申请,前后累计有3200多家企业通过了备案审核,合同能源管理机制得到充分的推广。

2沪渝高速鄂西段隧道照明现状

2.1 沪渝高速鄂西段简介

湖北省沪渝高速公路鄂西段原名为沪蓉西高速,以下简称沪渝高速,是国家公路主骨架之一,是国家确定的公路重点建设项目,是国家“7918”高速公路网上海至成都公路的重要组成部分,是湖北省高等级公路网规划“五纵三横一环”主骨架的主要“一横”,建设项目是迄今为止我省投资最大、工程最为艰巨、地质最为复杂、建设周期最长的高速公路建设工程,也是目前全国建设难度最大的高速公路项目之一。它的建设,对于完善国家和我省主骨架公路网布局,沟通我国东西部交通,促进区域和湖北社会经济的发展,支持国家西部大开发战略的实施具有重要意义。根据施工图设计情况,沪渝高速公路全长319.542公里全线隧道44155623.5米,其中:中短隧道21座,长隧道13座,特长隧道10座。桥隧比为52.1%;互通式立交14处,通道234道,涵洞437道,天桥25座,服务区4个,停车区5个。主线采用四车道全封闭高速公路标准建设,设计时速80公里/小时,于2003年开工建设,2010年全线通车。

2.2 隧道照明现状

2.2.1隧道照明灯具安装情况

沪渝高速鄂西段共有44座隧道(单幅里程150多公里)设有照明,隧道照明灯具主要采用高压钠灯,加强照明(含出口段)主要采用400W高压钠灯、250W高压钠灯和150W高压钠灯,沿隧道两侧对向排列布置;基本(含应急)照明主要采用100W高压钠灯,沿隧道行车方向中线右侧1米间距7米布设;紧急停车带主要采用100W高压钠灯,人行横洞采用100W防爆白炽灯,车型横洞采用150W防爆白炽灯。

全线共设置高压钠灯45552套,其中入口加强照明灯具:400W高压钠灯5034套、250W高压钠灯2912套、150W高压钠灯4086套、100W高压钠灯7182套;基本(含应急)照明灯具:100W高压钠灯24068套;横洞照明灯具:100W白炽灯1530套、150W白炽灯740套。

2.2.2隧道照明设计情况

隧道照明设计依据为《公路隧道通风照明设计规范》JTJ 026.1—1999,洞外取值亮度为35004000cd/m2,照明设计分加强照明(入口段、过渡段1、过渡段2、过渡段3)、中间段、出口段考虑,沪渝高速鄂西段各区间隧道照明亮度如表1所示。

1 沪渝高速鄂西段隧道照明设计亮度表

隧道段落

白羊塘至长阳段

长阳至宜昌段

段长(m

设计亮度(cd/m2

段长(m

设计亮度(cd/m2

洞外亮度

3500

4000

入口段

81

88

81

126.70

过渡段1

72

26

72

38

过渡段21

90

9

81

12.67

过渡段22

90

4.5

基本段

L

2

L

4.5

出口段

63

11

63

22.17

行人横洞

40

2

40

2

行车横洞

40

2

40

2

紧急停车带

40

7

40

7

洞外引道照明

130

1

130

1

2.2.2隧道照明系统控制模式

隧道照明系统采用本地手动控制、远程控制和时序控制几种控制方式,都是采用回路供电控制。供电回路采用奇偶双回路控制结构,决定了开灯模式,既全亮、亮一半、全关。

隧道照明的控制模式考虑不同季节、不同天气、不同时间洞外亮度的不同,从而调节洞口及洞内的照度,在确保隧道良好照明效果的同时达到不浪费的目的。灯具具体开启时间:基本(应急)照明应急照明24小时全开;出入口加强照明段白天(7:30-18:30)开启,清晨、暮晚(6:30-7:3018:30-19:30)开启一半;洞外引道照明白天关,夜间开启。

2.3隧道照明现状存在的问题

1)照明设备老化影响照明效果。沪渝高速鄂西段全线共有45000多盏高压钠灯,截止2015年低经过6年以上的不间断运行,现有高压钠灯已经达到或超过使用寿命,出现了光栅大、发射光偏黄、发暗等情况,致使隧道内照明效果受到了很大的影响。另外,高压钠灯已经连续使用超过50000小时,灯具故障率高,维修量大,隧道内的占道维修给道路交通带来一定的影响。

1 沪渝高速鄂西段隧道照明现状

2)能耗居高不下。随着照明灯具的严重老化,沪渝高速鄂西段隧道照明用电能耗居高不下,2013年、2014年、2015年年耗电量分别为4396.31万度、4420.06万度、4336.47万度,年均耗电量达到4384.28万度。

3)照明系统回路控制下的光斑明显。隧道照明系统供电回路采用奇偶双回路控制结构,决定了开灯模式,既全亮、亮一半、全关。当隧道出入口的加强照明开启一半时,路面照明均匀度不够,出现很明显的光斑现象。

4)日益增加的车流量对隧道照度的加强提出了新的要求。沪渝高速鄂西段作为连通中西部地区的交通要道,自2010年通车以来,交通流量日益增长,从2011年全年日均车流量23685量逐步增长到2015年的43887量,增幅近85.30%20152月春运期间尖峰日交通量甚至达到5万辆之多,详见表2、表3

3、高速公路隧道节能改造的试点和可行性分析

3.1沪渝高速女娘山隧道LED照明改造试点

20108月,三部委下发《关于组织申报半导体照明产品应用示范工程项目的通知》(发改办环资【20102082号)文件。湖北省交通厅鄂西管理处借此机会将女娘山隧道的LED照明改造计划提出申报并成功获批,2012年底,女娘山隧道LED照明改造项目完成,项目采用新型LED专用隧道灯替换传统高压钠灯,分别用135W100W60WLED灯代替现有的400W250W100W高压钠灯,降低隧道照明总负荷从而达到降低能耗的目的。

在照明系统控制上采用数字载波中控系统实现对单个灯具进行亮度控制,并采用亮度检测系统对洞外实时亮度进行数据采集,将两者结合起来就可以实现根据洞外的亮度来及时对隧道内灯具亮度进行自动调节,在消除了路面光斑现象的同时进一步提高节能效果,实现照明管理上的二次节能。

项目完成后,经过数据统计和对比,整个隧道改造后耗电量降低了50%-60%,取得了明显的节能效果。

3.2国家政策的支持

2010年,国家相关部门相继出台很多政策,例如《国务院办公厅转发发展改革委等部门关于加快推行合同能源管理促进节能服务产业发展意见的通知》(国办发[2010]25号)、《财政部 国家发展改革委关于印发〈合同能源管理财政奖励资金管理暂行办法〉的通知》(财建[2010]249号)、《国家发展改革委办公厅、财政部办公厅关于财政奖励合同能源管理项目有关事项的补充通知》发改办环资[2010]2528号。同年底,由国家质量监督检验检疫总局和国家标准化管理委员会联合发布了《合同能源管理技术通则》GB/T 24915-2010,大力倡导和支持社会节能服务公司参与合同能源管理,同时各地方也相继出台适合本地方合同能源管理的实施意见或办法,极大推动了合同光源管理在各行各业的发展。

3.3相关国家标准的完善

2014年,交通运输部关于发布《公路隧道照明设计细则》(JTG/TD70/2-01—2014)作为公路工程行业推荐性标准,自201481日起施行。原《公路隧道通风照明设计规范》(JTJ026.1-1999)同时废止。新标准在旧标准应用经验的基础上,对内容进行了大量的细化和扩展,增加了节能标准与措施、照明控制设计原则,对照明设计的条件进行了更加详尽科学的规定。如新标准对公路隧道照明设计小时交通量的来源进行了规定;引入了“光学长隧道”的概念,避免照明设计一刀切。新标准在高速公路隧道加强照明的规定上更加节能,更适应于各种新材料、新照明设备的应用。

3.4节能照明产品性价比的提升

在低碳减排的浪潮中,以提倡绿色、节能照明,以新兴LED照明市场需求为导向,驱动大量社会优质公司去投资,在产品研发设计、制造工艺、作业人员等方面严格把控,不断提升LED照明产品性能,同时产品价格也在不断降低,大大的提高了LED照明产品的性价比。

3.5 合同能源管理可行性分析

2012年,三部委集中招标使用LED照明灯具,沪渝高速女娘山隧道作为湖北省示范项目之一首次采用全LED隧道照明改造,照明效果及节能效果达到一致认可,节能率57%左右;随着LED灯具成本的降低和性价稳步提升,2013年至今的黄咸高速、十房高速、郧十高速、襄随高速等大批量山区多隧道高速公路纷纷采用全LED隧道照明,并在道路照明、广场照明中大量使用LED灯具。

因此,作为新一代照明技术,LED照明技术不仅节能效果显著,而且随着成本的逐渐降低,其投入与产出比逐渐倾斜,加上国家推出的一系列节能减排政策措施和对合同能源管理的有利政策,LED照明产品的性能不断提升,价格不断下降,使得沪渝高速鄂西段隧道照明系统采用合同能源管理模式进行LED节能技术改造成为了可能。

4沪渝高速鄂西段合同能源管理应用研究

4.1 节能改造方式的确定

合同能源管理在国内已经应用于多个领域,但在高速公路行业的应用却尚处于探索阶段,多种原因造成了合同能源管理在高速公路行业中没有得到大规模的推广应用。平原高速公路用电设备较少,而山区高速公路的隧道却有着大量的用电设备,特别是高能耗的照明设备和通风设备。沪渝高速鄂西段全线共有44座隧道设有照明系统,其中殷家堰根据《公路隧道照明设计规范》可不设照明系统,女娘山隧道已于2012年进行了LED照明节能工程改造,因此,沪渝高速鄂西段仍有42座隧道照明系统待改造,待改造高压钠灯约45000余盏。相比第二代高压钠灯照明光源,第三代LED照明光源具有光效高、光源利用率高、可控性强、光衰小、启动快、环保、节能、使用寿命长等诸多优点,最主要的特点是绿色节能,随着LED光源技术的日渐成熟及价格的不断降低,高速公路隧道照明系统采用LED照明技术已成为绿色节能发展趋势,因此沪渝高速鄂西段隧道照明节能改造应首选LED照明节能技术。面对如此大规模的LED节能改造,采用传统的建设项目管理模式,存在工程建设资金投入巨大的难题,如分期、分段改造,又会带来不同建设项目、不同技术参数、不同品牌产品等制约管理水平的问题,影响后期的维护管理。而采用合同能源管理机制对其进行节能改造,带来的不仅是节能改造工程,还有勘察设计、设备维护、保证节能量等服务,不仅解决了工程改造的资金投入问题,而且降低了建设项目的巨大风险。因此,选择采用合同能源管理模式对其进行节能改造更加有利。

4.2合同能源管理方案

4.2.1  合同能源管理类型的选择

合同能源管理类型共有节能效益分享型、能源费用托管型、节能量保证型、融资租赁型和混合型5种,选用何种运作模式,需要经过现场实地调查以及综合分析与评估。

由沪渝高速鄂西段照明现状,通过现场实地调查发现,高速公路隧道内布设多种用电设备,例如:照明、通风、消防、监控等,该路段各隧道内照明、风机、弱电系统等用电设备共用一个用电计量装置(供电局统一计量收费,提供总费用发票),未设置分项(回路)计量装置,无法准确的计量和区分出照明用电和其他用电,并且无法由节能服务公司和用户共同完成电费缴纳,这对于合同能源管理开展带来了麻烦。合同能源管理项目的特点就是以未来节约的能源收益(照明用电)支付节能项目全部成本,无法准确计量照明用电,也就意味着无法准确知道未来节约的能源收益,无法正常开展合同能源管理项目。如何准确的将照明用电和其他用电准确计量并区分,同时在电费缴纳和能源收益分配方面解决上述问题,综合对比分析5种合同能源管理类型:

6 合同能源管理类型特点对比表

类型

主要特点

存在问题

节能效益分享型

节能利益共享,节能服务公司负责全部融资和改造,回收周期长,用户风险小

需要精确计量出能耗基值和改造后的实际能耗值,节能效益分享容易产生纠纷

能源费用托管型

能源费用全部托管给节能服务公司,节能服务公司负责所有改造,不容易产生纠纷,用户风险小

需要精确计算能源费用托管值

节能量保证型

节能服务公司承诺节能量,用户需要在改造完成后一次性支付改造费用

用户风险大,需要精确计算能耗基值和改造后实际能耗值,可操作性不强

融资租赁

节能服务公司使用融资公司投资进行节能改造,用户需要签订融资租赁协议,定期支付租赁费,服务期内节能收益归节能服务公司

用户风险大,项目实施过程复杂,需要精确计算能耗基值和改造后实际能耗值

混合型

以上几种模式的混合型

/

综上分析,考虑沪渝高速鄂西段隧道改造前照明用电无法准确计量,且改造后实际用电无法准确计量的问题,综合对比,能源费用托管型最具有可操作性,且用户风险最小。

4.2.2  能源费用托管方式

 能源费用托管主要是用户委托节能服务公司出资进行能源系统的节能改造和运行管理,并按照双方约定将该能源系统的能源费用交节能服务公司管理,系统节约的能源费用归节能服务公司。项目合同结束后,节能公司改造的节能设备无偿移交给用户使用,以后所产生的节能收益全归用户。

2 能源费用托管型基本结构

 能源费用托管型需要将隧道照明用电费用全部托管给节能服务公司,由节能服务公司负责缴纳电费,但由于供电局只提供用电账户名称的总费用发票,即发票中包含照明电费和非照明电费,电费只能由用户缴纳,因此,传统模式的能源费用托管型并不很好的适用沪渝高速鄂西段的实际情况。因此,需要对该操作模式进行改良,隧道照明用电不能全部托管给节能服务公司,改造后实际产生电费必须由用户缴纳,仅将所有托管费用中节约出来的部分,采取固定+绩效托管的模式进行费用托管。具体操作方式如下:

能源托管费用分为固定部分和绩效部分。委托节能服务公司出资进行能源系统的节能改造和运行管理,按照双方约定,节能服务公司进行勘察、设计、施工、管理等所有工作,能源托管费用划分为固定部分和绩效部分:固定部分由用户直接支付给节能服务公司作为其收益,绩效部分由用户根据改造后实际缴纳电费进行考核支付,电费缴纳由用户进行,以确保在合同约定的能源托管费用内保障实际发生电费的正常缴纳。合同结束后,节能公司改造的节能设备无偿移交给业主使用,以后所产生的节能收益全归业主。

3能源费用托管型改良结构

采用改良后的能源费用托管型还需要准确计量出改造后LED照明实际用电,因此,就有必要在所有照明回路增加计量装置,考虑到沪渝高速鄂西段共有约1200个照明回路,人工抄表可能性非常小,抄表工作量巨大,计量装置应具备远程自动抄表的功能,改造后照明系统要具有远程计量与数据统计功能。

4.2.3  EMC考核支付方式

根据改良后的能源费用托管模式,实际电费由用户负责缴纳,那么如何保证实际产生的电费用户有资金去缴纳就至关重要了。为此,该模式必须引入绩效考核,用以评判节能效益是否达标和保证实际电费的正常缴纳。绩效考核的周期不宜过长,亦不宜过短,建议固定部分支付周期为季度,绩效部分按年度进行考核结算。绩效托管费用:该部分费用主要用于实际电费的缴纳,根据年度实际用电情况,缴纳后剩余资金属于节约能源,理应属于节能服务公司,因此可将剩余资金的全部或部分(如60%)支付给节能服务公司。固定托管费用:为防止出现节能效益非常差,绩效部分费用不足以缴纳实际电费的情况,每季度支付固定托管费用时应留扣部分资金(如10%)作为风险资金,待年度结算时统一结算。

4.3 节能改造技术方案

4.3.1  照明设计标准

沪渝高速鄂西段于2003年开工建设,隧道照明设计参照的标准为《公路隧道照明设计细则》(JTG/T D70/2-01-2014)2014年,国家颁布了新的公路隧道照明设计标准《公路隧道照明设计细则》(JTG/T D70/2-01-2014)。因此,沪渝高速鄂西段隧道照明改造应采用新规范,沪渝高速鄂西段隧道均处于鄂西山区,隧道洞外亮度取值按照L20=3000 cd/m2,路面亮度总均匀度不低于0.4,路面中线纵向均匀度不低于0.6。各段亮度设计标准见表4

4隧道照明设计标准

隧道段落

段长(m

设计亮度(cd/m2

洞外亮度

 

3000

入口段1

48

105

入口段2

48

52.5

过渡段1

72

15.75

过渡段2

90

5.25

基本段

L

2

出口段1

30

6

出口段2

30

10

行人横洞

40

2

行车横洞

40

2

紧急停车带

40

4

4.3.2  灯具布置方案

根据规范要求,当隧道内按设计速度行车时间超过20s时,闪烁频率在4Hz-11Hz之间时,不舒适感无法让人忍受,沪渝高速鄂西段设计行车速度为80km/h,即22.22m/s,因此,照明灯具布设间距应大于5.56m或小于2.02m。沪渝高速鄂西段原设计沿隧道行车方向中线右侧1米间距7米布设,其满足频闪要求。考虑成本因素,建议LED改造灯具布设方案如下:

各隧道(超过300米)入口1段设置加强照明灯具计180W黄光LED86套,单侧间距1.125米;入口2段设置加强照明灯具计160W白光LED44套,单侧间距2.25米;过渡1段设置加强照明灯具计50W白光LED66套,单侧间距2.25米;过渡2段设置加强照明灯具计50W白光LED20套,单侧间距9米;出口1段设置加强照明灯具计50W白光LED14套,单侧间距9米;出口2段设置加强照明灯具计50W白光LED8套、80W白光LED6套,单侧间距9米;基本(含应急)照明沿隧道行车方向中线右侧1米间距7米设置一套50W LED灯,紧急停车带处各增加650W LED灯,人行横洞间距5.5米设置50W LED灯,车行横洞间距5.5米设置80W LED灯。出入口1段每两盏灯之间插入一盏灯外,其余各段基本保持灯位不变。

全线共设置加强照明灯具:180W黄光LED7224套、160W白光LED3696套、80W白光LED504套;50W白光LED8992套;全线共设置基本(含应急)照明灯具:50W LED22821套;横洞照明灯具:50W LED1530套、80W  LED760套。

4.3.3  LED灯具及控制要求

 隧道照明及应急照明均采用专用隧道照明灯具,应满足下列要求:

1)防护等级不低于IP65

2)应具有适合公路隧道的防眩特点;

3)灯具结构应具有良好的防腐性能;

4)灯具配件安装应易于操作,并能调整安装角度;

5)灯具尺寸合理,安装位置不得侵入隧道建筑限界;

6)灯具电气基本参数:

 1)额定工作电压:AC220V,交流输入电压可适应:AC180-265V,频率: 50±1 HZ

2)色温:4000K6500K(黄光为2700K3500K)。

3)灯具安装支架具备±60°的调节角度。

4) 灯具的配光曲线应满足公路隧道照明要求。

 照明控制系统应满足以下要求:

1)控制方式分手动控制和自动控制。

2)手动控制分就地手动控制和变电所远程手动控制两种。

3)自动控制应采用集中控制方式,主要通过时间设置进行时序控制或通过洞外亮度进行实时控制。

4)改造后隧道照明回路控制时间基本与现状保持一致,另附增加照明调光控制。

5)改造后所有照明回路需要增加远程抄表功能,进行自动远程抄表,统计用电量。

4.4 节能数据分析

由前文可知,隧道内不仅有照明设备,还有通风等其他设备,且计量装置未分开,开灯时长、线损等变量因素太多,改造前能耗基值只能现场测量确定,并由双方共同认可。因此,本文仅对理论数值进行计算分析。

 改造前隧道洞内照明年理论用电量(钠灯附件功率按照钠灯功率10%计取): N0=365*[(0.44*5034+0.275*2912+0.165*4086+0.11*7182)*12+0.12*24068*24]+0.1*1530*24+0.15*740*24=44928886kwh

 改造后隧道洞内照明年理论用电量: N1=365*[(0.198*7224+0.176*3696+0.088*504+0.055*8992)*12+0.055*22821*24]+0.055*1530*24+0.088*760*24=22473331kwh

 理论年节能量N0-N1=44928886-22473331=22455555kwh

节能效益n1=N0-N1/N0=(44928886-22473331)/44928886=49.98%

一次改造节能,节能效益即可达到49.98%,考虑到设计照明余量,改造后LED灯具应采用调光功能,实现二次节能。受实际调光比例所限,调光比例是根据实际情况变化的变化值,一般LED灯具最大光衰为30%,本文取调光系数为0.85,计算二次节能数据如下:

 N2=0.85*N1=19102331kwh

 理论年节能量N0-N2=44928886-19102331=25826554kwh

 节能效益n2=N0-N2/N0=(44928886-19102331)/44928886=57.48%

 由此可见,LED改造后节能效果显著。理论照明改造能耗量对比见表5。电价按商业用电0.96/ kwh计算。

5  理论照明年能耗量分析

序号

能耗类型

传统钠灯方案

LED灯方案

1

年耗电量(kwh

44928886

19102331

2

电费单价(元)

0.96

0.96

3

年电费(元)

43131730

18338238

4

相对钠灯节能量(kWh

 

25826554

5

相对钠灯节约电费

 

24793492

6

相对钠灯节能率

 

57.48%

7

相对钠灯节约标准煤量(kg)(折算系数0.404

 

3174084

8

相对钠灯碳排放减少量(kg

 

7024823

9

相对钠灯二氧化碳排放减少量(kg

 

25749075

由上表可知,按照该模式,改造后每年理论产生电费约1833万元,理论节约电费约2479万元,那么固定托管费、能耗基值、能源托管费、收益年限等指标值均可参考以上数据确定。

4.5 问题及风险分析

面对高速公路隧道机电系统的复杂性,沪渝高速鄂西段采用合同能源管理模式对隧道照明系统进行LED节能改造,在技术层面是可行的,但在实施层面,却存在诸多难点与风险:

1)改造施工难度大。在已开通的高速公路隧道内进行改造施工,一是改造难度大,二是安全管控压力大,这就必须要求节能服务公司制定详细、周密、可行的施工改造方案。

2)能耗基值测量难度大。隧道内用电设备多,照明灯具每月开启时间随季节变化而变化,单靠检测无法准确得出,照明用电计量困难,必须开展专业的第三方节能检测,并结合多种数据确定合理的能耗基值。

3)用电计量风险大。能源费用托管型要求所有照明费用托管给节能服务公司,但因隧道用电无法分开计量且供电公司无法区分缴纳电费,实际电费缴纳只能由用户负责缴纳,那么改造后照明用电计量必须要准确,否则会带来用户无钱缴纳电费的风险。

5总结

在如今低碳经济与新交通崛起的时代,高速公路隧道照明的节能问题备受社会关注,随着LED照明技术的不断发展,LED照明灯具造价的不断降低和寿命的不断提升,高速公路照明系统采用LED照明逐渐得到推广和应用,也使得采用合同能源管理模式进行LED照明技术改造成为了可能。在这个大背景下,本文针对沪渝高速鄂西段这一山区高速公路隧道合同能源管理项目案例,从现状、可行性分析到合同能源管理模式的选择、关键操作方式等方面进行了探讨与分析,并对节能效果进行了大胆的预估,山区高速公路采用合同能源管理模式进行LED照明节能改造是可行的,且节能效果明显,但合同能源管理的操作方式需要广大同行进行深入的探索与研究,找出更加适合山区高速公路的EMC操作模式,为EMC项目的推广和低碳交通的发展做出贡献。

 

参考文献:

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