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城市道路照明节能控制新技术的探讨

2016-06-03 09:20:34 来源:照明网 (评论:0条)

      能是我国经济和社会发展的一项长远战略方针,对于耗能量大和资源缺乏的广东省意义尤为重大。为推动开展节能降耗,缓解能源瓶颈制约,建设节能型社会,促进经济社会可持续发展,实现全面建设小康社会的宏伟目标,国家发改委于2004年11月特制定了全国“节能中长期专项规划”,其中绿色照明工程被列为节能重点工程。2004年12月建设部、国家发展和改革委员会联合下发《关于加强城市照明管理促进节约用电工作的意见》。《意见》指出,今后一个时期,我国城市照明工作的主要任务是:一是努力完善城市的功能照明,大城市亮灯率要达到97% ,中小城市要达到95% ;二是抓好城市照明的规划设计,把满足人的安全感、舒适感放在首位,避免光污染,使照明与自然夜空相和谐:三是大力推广节能技术,提高电能利用效率,2006年底前,所有城市要完成节能灯具的改造任务。

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      1 路灯节能的对策

      从科学的角度看,节能就是在满足相同需要或达到相同目的的前提下,减少能源消耗量,所减少的数量就是节能的数量。但是在路灯节能行业中,节能除了包含上述含义外,还包括在满足照度需求的前提下,在一定范围内降低照度,达到减小能耗的目的。

      路灯节能的主要策略:

      (1)工作在下限功率。使得每盏路灯都工作在功率的下限,而不是满功率工作:

      (2)克服电网电压升高。电网电压提高时(例如由于后半夜用电户减少),若不采取降压措施,则不但消耗更多电能,还降低电光源寿命:

      (3)按需照明。根据建设部推行的《节约能源—— 城市绿色照明示范工程》的评价指标,道路照度被分为7个等级,其中P1级最亮,照度在7.5—20Lx,用于主干道路;而P7为最后一个等级,用于仅供自行车和行人的道路,照度要求还不到1 Lx。根据在某大城市某路段的测试,道路照明可达70Lx,平均也在30Lx以上,大大超过要求。许多专家认为,城市需要亮化,但是也要把握好度。由此提出了“按需照明”的概念,就是在后半夜行人稀少的情况下降低灯泡的输入功率,从而达到节能。

      2 路灯节能及控制技术

      近年来,在国内推广应用的路灯节能及调控装置,按节能技术的差异可分为降压节电及降流节电两类:按控制方式的不同可分为集中调控及单灯调控两类。

      2.1 集中降压节能技术

      国内第一代节能产品是采用大功率可控硅降压方式,即通过控制晶闸管(可控硅)的导通角,将电网输入的正弦波电压斩掉一部分,从而降低了输出电压的平均值,达到控制电压节电的目的。由于斩波后的电压无法实现正弦波输出,会出现大量谐波,形成对电网的谐波污染,危害极大;同时会造成路灯闪灯现象,此类节电产品现已逐步被淘汰。第二代节能产品是采用变压器自耦降压方式,即通过改变自耦变压器输出端的输出接点,实现不同电压值的输出,从而达到调整电压实现节电的目的:变压器自耦降压节电应用又分固定抽头和连续调节两种方式。

      固定抽头方式的核心部件是一个多抽头的变压器,一旦接线端固定,降低电压就是固定值,当电网电压波动时,调控装置的输出电压也会上下波动,这样照明的工作电压也处在不稳定状态,无法起到对电光源的保护作用。同时在改变抽头时,会引起供电的短时中断,对于高压钠灯有时可能会造成重新起辉的现象。

      连续调节方式是通过电刷在线圈的表面平滑移动或滚动,改变线圈的变比从而实现调节输出电压。优点是可实现无级平滑调节,调节精度高,但由于电刷调节回路是串在主回路中,因此承受的电流大,电刷接触不良,会产生火花,引起触点磨损。变压器自耦降压节能装置,经过多次改进,基本能稳定运行:有些大厂因生产过程有严格的质量控制,产品可靠性、稳定性比较好,在很多地区的路灯节能中已有广泛的应用。降压节能实践中仅适用于配电箱端对整条照明线路的集中降压,便于安装、控制与维护;但是它会导致线路末端电压过低,同时会存在重新起辉、频闪和自熄等现象,及造成整条道路上照度不均等问题。

      2_2 单灯变频降流节能技术

      变频降流节能是目前国际路灯节能领域的最新技术,其原理是将路灯与LC回路串联,然后接上经过变频的交流电源。调节电源频率,当频率接近LC串联谐振频率时,路灯上得到最大功率;频率偏离越远,则功率越小,从而实现对路灯的功率调节。通过在调频回路中采用闭环技术、功率因数矫正技术及稳压措施使路灯在较宽的电源电压范围内保持下限功率恒功率输出。功率因数可高至0 99以上,降低无功线损,节电效果明显,达35% 一50% ;降低了自身谐波,减少对电网的污染;克服电网电压升高,延长了光源寿命。同时由于采用该技术的产品体积小、成本低,便于与单灯通讯控制模块整合到一起中实现单灯控制。

      单灯控制是基于电力线载波通讯技术,通过路灯配电线路、单灯通讯控制模块及调制解调器实现对每盏路灯寻址的监控,现场RTU再经GPRS(或CDMA)等无线数据通讯网或经城市宽带网与城市路灯监控中心进行通讯,实现无线或有线的远程分布式监控。

      变频降流节能与单灯监控技术的结合,不仅能发挥出先进节能技术的优势,还可以对城市所有路灯运行状况进行实时、远程监控及管理(亮灯率统计、故障报警等),打造真正意义上的城市路灯数字化节能控制系统。单灯变频降流节能控制相对于集中降压节能的优势具体以下几点:

      (1)对每盏路灯功率的平滑控制调节,精确控制到需要的功率和照度,可以克服线路末端压降较大的影响,保证整条道路照明有较好的均匀度:

      (2)采用单灯的软启动控制技术。小电流启动,有效保护路灯,延长光源寿命效果更明显,同时减小对电力系统的冲击危害:

      (3)具有很强的单灯自诊断功能,向维护人员提高了及时、全面的状态信息,大大降低维护工作量。单灯熄弧检测技术及故障检测技术的采用可以检测路灯的光源是否寿命已到,检测故障路灯的具体故障点,判断故障路灯是光源故障、镇流器故障、电容故障、触发器故障或是断线故障(不需要再增加成本就具有电缆防盗诊断及报警的功能,在目前电缆盗窃日益猖獗的情况下,也有重要意义),给维修人员提供参考,及时更换光源并对故障进行处理,保证1OO%的亮灯率:

      (4)在电力线载波通讯范围可达3km,而与所接路灯总负荷无关,且因功率因数的优化可适当降低对变电设备、电缆规格的要求,因此单灯控制系统的扩容能力比集中调控系统要强:

      3 单灯节能技术实施效益分析

      假设现在安装实施1000盏400W 高压钠灯的单灯节能设备,电费(以广州为例)按O.8元/度左右计算,每天开灯1O个h并且不计算线路损耗。

      3.1直接经济效益

      以比较保守的3O% 节能率计算, 年节约电费将达到:350400元。如果将节能率确定为35% ,年节约电费将达到:4088000元。

      3.2 间接的经济效益

      按照一般的规律,我们估计该路段的路灯灯具的维护费用将达到约18万元/年。使用该节能系统后,可有效保护灯具和延长灯具的使用寿命,减少更换灯泡的频率,从而大大减少人力、车辆成本和材料成本,此项的经济效益约在1 O万元/年。

      3.3 实施效益分析

      该节能工程的设备及安装费用预计为:1000000.O0元。投资的回收期为:1000000/(350400+100000) 2年。单灯节能产品的寿命为1O年,可见该节能工程的实施可行性是很好的。