公路照明技术条件
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公路照明技术条件范文第1篇
关键词:隧道 照明 施工
随着时代的进步，科技的发展，我国在隧道照明设施的建设方面也投入了大量的人力物力进行改进。为了提高隧道照明的施工质量，设计人员在设计阶 段需要提前对施工场地的环境进行勘测，争取将施工的细节和需要都照顾到，提出最合适的设计方案。但同时，由于我国的施工条件和技术的限制，还存在着一些不 足。
1.1 入口段照明设计
人眼对光线的明显变化需要一定的适应时间。如果隧道内外的光照度差异过大，容易造成驾驶员在进入隧道后产生短暂的“失明”不能够对隧道内的情 况进行反应，造成事故。因此，公路隧道的入口段照明设计非常重要。假设该公路隧道为南北走向，隧道的限定车速为60km/h。则《公路隧道通风照明设计规 范》洞外亮度选择4000cd/m2，按照沥青道路来进行设计，则应为88 cd/m2。
1.2 过渡段照明设计
这一段路程的照明应该是渐变的，从入口段的较强照明逐渐下降到与基本段的强度类似。因为人眼对光照的适应度限制，亮度变比应小于1∶3。过渡 段应该以基本段照明强度三倍为结束。过渡段的照明与基本段照明的衔接不应差距太大。这样容易造成人眼对亮度变化的不适应。因此将过渡段照明分成三段，具体 的设计应根据《公路隧道通风照明设计规范》来进行计算。
1.3 基本段照明设计
基本段作为整个公路隧道中最长的部分，也是过渡段和出口段之间的衔接部分。基本段的照明设计应该根据公路隧道的实际情况来进行设计。主要取决因素为该隧道的限定车速以及隧道及周边路段的交通情况。可根据《公路隧道通风照明设计规范》来进行计算。
1.4 出口段照明设计
出口段的情况跟入口段相似。为了不造成大的亮度差异，减少驾驶员对光照的适应时间，出口段的照明设计也应该根据隧道外部的光照亮度来决定。一 般情况下，隧道内部的亮度不及外部的亮度，因此人眼需要从黑暗到光明的适应时间。照明的作用是减小隧道亮度与洞外亮度的比对，否则驾驶员在由于受到突变的 光线影响，视觉受到影响眼睛产生眩光。出口段一般设置为60m，将亮度设置为基本段的五倍。
2 施工工艺改进
2.1 存在问题
(1)我国的大多数公路隧道照明设计灯具都为三排或四排。这样的设置在灯具方面的投入过高。
(2)很多公路隧道的施工都没有严格按照《公路隧道通风照明设计规范》来进行施工。例如，规范中规定在100m以上的隧道都需要进行照明的布置。但在实际的情况中往往不是这样，甚至一些500m～600m的隧道都没有进行照明的布置。
(3)在我国投入运营的隧道中，灯具普遍没有按照设计全部开启。大部分公路隧道只是开启了一部分，有的甚至不开启照明。
(4)在规范中，照明控制应根据季节和光照等六种情况进行控制，但实际的操作中很少能够达到。
2.2 产生原因
(1)基础研究方面不足。隧道内照明的设计的主要参照数据是隧道外的基础亮度。正确的测试出隧道外的照明亮度，是设计隧道照明的基础。通常需 要根据季节、天气、时间等不同的因素分别测试隧道外的基础亮度，这样得到的数据才更准确。而且在土建结束后，也需要再进行基础亮度的实测，并且根据实测得 到的数据进行修正。但是实际上，由于成本和施工条件等多种原因，大多数隧道的基础亮度设计都没有进行完整的测试，因此基础亮度的数据不够准确，影响设计的 效果。
(2)没有严格按照规范执行。在规范中规定的洞口减光措施，例如在两侧植树，洞门冷色等。但实际上，很多的隧道只是采取了一定的绿化设计，对洞外的基础亮度没有实质的影响。
(3)规范造成的误差。规范还有一些值得讨论的地方。例如对车速的限制，隧道设计的车速与实际的车速不同，通常隧道设计的车速较实际的车速小，影响对设计的数据处理。并且没有对见光措施的对应折减系数也没有进行说明。在出口栈道线形的影响也没有说明，都有待研究。
2.3 改进措施
理论上。
(1)严格按照规范要求，在不同时段、天气、季节对隧道外环境的基础亮度进行实测，并研究各种减光措施的实际效果。所得到的数据在规范中进行完善。
(2)在实际的隧道照明设计中，针对特长的隧道进行专门的基础亮度实测。实测的内容应包含了不同时段、天气、季节等因素的影响。
(3)对驾驶员在视觉的特性在气候、车速等多种情况下的影响。并针对驾驶员对光线突变适应的时间和强度变化接受程度，并将研究结果运用到公路隧道照明路段的设计中，并根据结果对照明的标准进行适当的修改。
(4)针对现有的宽光带、逆光照明技术的运用，研究隧道电力照明的效果和影响。特别是在单向公路隧道中，灯具的角度与隧道情况，路面的情况， 交通标志的反光等多种因素的影响。并根据这些关系对灯具的设置进行最细致的研究设计。争取让隧道内的灯具布置与隧道内的各项设施完美配合。
技术上。
(1)在隧道的电力照明设计中充分利用减光措施。例如在洞口设置的棚洞、洞门设计等。
(2)在隧道内合理设置交通诱导标志。特别是LED的反光和发光标志。这些对于隧道内的设置相配合，能够让驾驶员的行驶更加安全。
(3)根据规范中提出的照明控制情况进行照明控制。特别是季节、天气、时段等六种照明方案进行严格的照明控制，保证隧道内照明的效果，让电力照明的作用充分显示出来。
(4)对于特长和长大的公路隧道照明标准，应该根据我国的实际情况进行适当修改。在无监控的长、中场隧道，可以按实际情况，进行逐渐过渡，关闭中间段照明。对于达到条件的中、短公路隧道的夜间照明，可以进行关闭。条件以交通诱导标志的设置情况为标准。
(5)在隧道电力照明中进行节能设计，采用新能源。
(6)灯具的选取应以节能高效为标准。
3 结语
我国隧道电力照明施工工艺还有很多方面需要进行改进。我国的公路隧道多，超过百分之九十的隧道都有照明设置，因此，每年花在隧道照明方面的费 用都很巨大。深入地对隧道照明进行研究，改进隧道电力照明施工工艺，对于降低生产、运行成本，提高隧道的运行质量，都有很大的意义和作用。
参考文献
[1] 贾永发.对隧道电力照明施工工艺改进的探索[J].西铁科技，2003.
公路照明技术条件范文第2篇
【关键词】隧道照明；LED照明灯；节能；公路隧道
0.前言
高速公路结构中公路隧道也属于整个公路结构的重要构成，其与普通路段相比施工过程相对比较复杂。例如公路隧道中空气环境以及亮度等都非常差，隧道空间宽度、高度等非常有限，因此没有多余的空间进行扩展。所以为了车辆行驶安全，在公路隧道中提供足够的亮度非常必要。除此之外，因为隧道内部需要安装大量照明设备，耗电量非常多。近年来，国内大部分公路隧道中照明灯均是采用高压钠灯，所需照明费用非常巨大[1]。因此，探讨采用何种方法帮助减少照明费用是同行企业都非常关注的问题之一。
1.分析LED隧道照明灯具备特征
（1）使用时间较长：与高压钠灯使用寿命相比，LED照明灯使用时间比较长。
（2）发光效率较好：普通钠灯光效只达到40～50lm/w，而LED照明灯具有的光效通常情况下可以达到70～80lm/w。
（3）具有的显色性比较高：如果显色指数（Ra数值）越高，在亮度一样的环境下，人们的视力会更清楚看到视线范围中的物体。普通高压钠灯具有的显色指数值仅为23，明显低于LED照明灯所具有的显色指数（Ra=80）。
（4）LED照明灯色温较低：普通高压钠灯具有的色温值大约为2000k，但是LED照明灯可以达到5000～8000k。
（5）具有良好的环保效果：普通高压钠灯光源中携带有金属钠、汞元素，其属于有害元素，并且使用时间较短与LED照明灯，废品处理过程中会对环境造成严重污染。LED照明灯不含有钠、汞等有害元素，因此对环境造成污染程度小。
（6）价格费用比较贵：因为LED照明灯属于新型照明设备，灯具价格是高压钠灯价格的3.5倍左右，灯具价格比较贵。
2.LED隧道灯在公路隧道照明工作中所具备的优势特点
近年来，我国高速公路得到较快发展，公路隧道也随之增多，使隧道照明费用也不断增多，给企业带来了一定压力。目前，随着LED照明灯的采用，在隧道照明工作中凸显了其优势作用，能帮助高速公路运营企业减少照明费用。LED照明灯所起到的照明优势与其具备的特点有着非常密切的关系，正是这些特点使其在使用中发挥着独特的优势。（1）因为LED灯具光效比较高，通过相关计算可以了解到：相同亮度条件下，LED灯照明使用电量以及功率仅是普通高压钠灯的59%左右[2]。如果是耗电量非常多的隧道，采用LED灯能帮帮助减少耗电量，节约电能的优势非常明显。（2）其持续使用时间非常长，普通高压钠灯使用寿命长短仅有几千个小时，LED等却可以达到上万个小时的使用时间，是钠灯使用寿命的一倍。另一方面，LED灯光衰与高压钠灯相比也比较小，在长时间使用过程中灯具更换次数明显少于高压钠灯，所需维护成本也比较少。（3）采用LED灯能起到保护环境的作用，其不含有金属汞、钠等有害元素，在后续废品处理过程中不会对环境造成太大影响。加上LED隧道照明灯使用寿命长、更换次数低，在很大程度上帮助企业节省了一笔可观的费用。
3.LED应用在公路隧道的具体实施措施
3.1根据不同隧道照明级别做好各隧道地段的照明亮度的确定工作
不同公路隧道级别不同，其所需照明亮度要求也有所不同。因此在安装照明设备时应根据灯具照明原理以及特征，对公路隧道不同路段亮度要求以及照明分布情况进行精确计算，然后做出正确分析。可以采用测试方法，帮助验证计算所得结果，然后对设计方案进行优化。
3.2按照亮度需要进行选择类型LED照明等以及其他相关设备
（1）LED隧道照明灯是采用光学透镜这一原理来进行配光工作，经过建模以及修模方式帮助获得精确的配光图。这种方法在配光过程中拥有分配自由度比较大，从而可以帮助提高光效，还能达到均匀分布照度的目的。
（2）LED照明灯结构中采用LED，其处于高温环境中性能会急剧下降，严重者会对灯具造成破坏。因此，解决散热工作是确保LED照明能继续发挥作用的关键环节。在实际工作中，可以根据隧道通风情况，选择通道式散热设备。该散热器选用的是小型通透设备，对于照明单元结构的散热情况比较有利。因为其能在热量达到照明灯具前，热量就可以通过小散热器发散出去。另外，由光源单元组合而成的灯具设备也携带有通透工作的结构，使散热效果显著增大，不仅解决了大功率LED工作过程中的散热难题，还帮助减轻了灯具重量。
（3）为了方便公路隧道的日常维护工作，可对直流稳压电源作进一步可维护性以及可靠性设计。例如，开关电源结构可以选择隔离分体类型的电源设计，其具有散热功能好，性能比较可靠稳定。更换电源非常方便，方柏霓了现场维护工作，还能起到帮助维修工作人员以及灯体结构的安全。
（4）根据隧道车辆通行量、隧道外亮度情况来开发满足不同隧道路段的LED隧道灯智能控制系统，这种方法也能获得节省电量的目的[3]。设计供电线路时要确保每盏照明灯都可实现独立开启和关闭操作。因为车流量以及亮度需求控制为企业智能控制系统提供了一定的物理条件，从而实现了LED照明灯自动调节亮度，帮助减少了耗电量。
3.3做好照明灯适应安全检测工作以及日常检查工作
（1）为了保证所用的灯具起到节能效果，需要对灯具进行严格测试。因为LED灯属于新型照明设备，目前还没有统一的标准规范对灯具质量进行约束，因此不同企业生产的灯具性能指标也存在差异。因此公路建设以及运营企业都要严格根据相关设计文件来选取隧道照明灯具，然后对灯具光效、光衰情况以及配光性能等性能进行精确测试，从而选择节能、可靠的照明灯具。
（2）对照明灯具定期进行监测维护，确保照明灯具拥有良好的工作条件。隧道结构中油渍物质、粉尘物质等较多、环境差，这些都会对照明灯具的光效以及散热作用产生不良影响。因此，运行企业需要定期检测隧道路面的照明程度，若出现异常情况应立即寻找问题所在，确保隧道照明正常，不影响车辆通行。
4.分析LED照明灯在使用过程中存在的一些问题
该类灯具从研发工作到投入使用，这一过程中也出现了一些问题。LED隧道照明灯其设计工作的重点是要掌握隧道照明需求，其需要符合隧道结构中的不同路段照明要求、隧道环境情况以及车辆行驶舒适度需求等条件。但是LED照明灯研发技术还没得到完善、成熟，因此照明灯在使用过程中还是存在某些不足，表现为：①存在某些LED产品，其光衰减比较严重，无法满足墙面照度相关需求；②有些产品在设计过程中没能根据隧道工程特点、照明路段划分等，造成配光效果不佳；③一些产品存在效率差、监测和控制工作不易开展等问题，在实际中电源使用寿命较短，没有达到最长使用寿命要求；且无法完成照度监测工作，无法实现自动调节光照亮度；④灯具标准化：不同企业生产的产品规格都存在差异，没有一个统的标准规范。
5.结束语
综上所述，LED隧道照明灯因为具有使用寿命长、对环境污染小、光效高、光衰小等特点，在隧道照明工作中能帮助降低照明费用，安全可靠。随着高速公路的不断发展，公路隧道结构也随之增多，运行企业需要花费大量资金确保隧道照明工作。而采用LED照明灯具可以实现节约电能，帮助企业减少了费用成本，同时提高了隧道照明质量。
【参考文献】
[1]陈梅，林华彬，侯峰.探讨LED隧道灯在高速公路隧道中的应用[J].公路交通科技（应用技术版），2012（07）：340-342.
公路照明技术条件范文第3篇
[关键词]PLC技术 高速公路隧道 监控系统 应用
中图分类号：TP39.03 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）20-0334-01
1 引言
道路交通逐渐发展隧道是道路交通中的重点管理对象也是其重要组成部分之一高速公路不断修建也使得隧道的数量不断增加，我国虽然国土辽阔，但是地域环境复杂，所以隧道中的监控系统的运行效率和作用在道路交通监控中占有重要比例。则隧道监控系统的经济稳定性、可开发扩展性以及先进性等特点成为当前各个建设部门以及公路运输部门都比较关注的问题。随着计算机信息技术、通信技术以及微子技术的发展，让公路交通的信息化以及智能化管理越来越高端，再结合上PLC的3C技术等特点，使其成为隧道监控系统中的核心监控工具，配合网络通信，更好的管理和监控隧道中的交通情况。
2 PLC系统概述
隧道环境有着比较特殊的环境，其中安放的控制箱由于环境影响而容易变潮湿并影响其信道系统，再加上长期监控过程可能会由于隧道中汽车产生的尾气、隧道中的颗粒烟尘物质等也会造成PLC部分组件的损伤，因此隧道监控系统必须要有着较高的质量要求和技术要求。隧道监控系统中最主要的组件就是PLC，只有其能够满足以上所述条件，再加上其自身特点更能高效、稳定的运行。
3 隧道监控系统的主要内容和基本要求
随着我国社会经济的不断发展，高效的交通系统是社会经济发展的基木条件，在高速公路逐渐成为我国交通系统中的主要组成部分的同时，在高速公路中交通事故的发生频率也有了一定程度的增加，尤其是在高速公路的隧道中、为了降低频发的隧道交通事故，保证车辆顺利通行，目前主要是采用在高速公路隧道中配置监控系统，对隧道中的通风、行车以及照明系统实现即时全方位的监控，实现高速公路隧道中主要信息的及时采集、因此隧道中各方面信息如何高效采集，如何实现信息的准确性和精度是保证隧道中车辆顺利通行的关键。
3.1 交通检测控制
隧道中良好行车环境是车辆通行顺畅及安全的前提，交管部门通过了解高速公路隧道中的信息还能够及时的对行车作出合理的引导、高速公路隧道中监控内容主要包括交通检测、照明检测及通风检测等，相应的控制这些内容的系统分别为交通检测系统、照明检测系统及通风检测系统。
3.2 通风检测控制
隧道内的通风情况是行车环境的重要内容，目前通过在隧道内设置风速仪来检测隧道内的通风情况、如果高速公路隧道设立在海拔较高的地区，还要配备一氧化碳浓度检测仪和能见度检测仪，通风控制系统在对这些环境数据进行实时的检测和采集后，针对性的控制隧道内风机的工作状态，以此来实现各项空气指标符合行车所需的各项指标、采用通风控制系统不仅能够有效的保证隧道内的车辆通行安全，还能提高能源的利用效率符合我国科学发展观的要求。
3.3 照明检测控制
照明检测控制系统的主要作用是不断监测隧道内外的光照强度，根据外在天气条件及时的调解隧道洞及内部照明回路的光照强度，保证隧道内行车能够随时获得行车需要的光照条件，尽量避免行车司机出现所谓的黑洞效应和眩光效应，即从光照强度较强的白天进入隧道内产生的光照强度的反差，为驾驶员能够轻松的适应隧道内部光照强度的变化，有效的降低高速公路行车事故的发生。
4 基于PLC的隧道监控系统设计
4.1 主要设备选型
由于隧道内的环境十分恶劣，不仅潮湿含有腐蚀性气体，而且有较高的汽车尾气中的游离碳等导电粉尘，再加上各种干扰信号源，雷电感应电压等等因此设备选型时采取了严格的要求和措施。主（备用）调度机、变电所主机选用中国台湾研华IPC 610 PC总线全纲结构工业控制机（P III 700/128M/8M/20G）或者研祥的工业控制机，执行终端设备采用防尘防水密封式机柜和机箱，PLC模块采用SIEMENS公司生产的S7系列产品或者采用欧姆龙、菲尼克斯、施耐德、ABB的产品，模块化结构，适应性强，使用方便灵活。
4.2 通信方式
调度机以及变电所主机的配置的通信接口都为RS-2犯系列，且适配器为能够设置通信波特率且速率能够达到9600bps， PLC终端机柜和RS-485的机箱与系统连接时都是9600bps的通信速率，通信电缆是能够进行双芯以及双绞线的屏蔽，上下行隧道为确保可靠采用闭环通讯，且其电缆长度达到最高单条1800多米，再加上系统的通信方式为自由协议，各个仪表与终端之间都有相对应的通信协议，PLC终端与主调度机通信之外还能够达到和RS-485进行的电压电流变送器之间的协议，并且其编程语句上都能实现电压电流之间的变送器通信。
4.3 系统软件配置
winaow7操作系统为主用和备用调度机以及变电所等采用的操作平台，软件包则为数据库编程软件以及Deiphi多媒体组成。系统主画面采用下拉莱单式结构，分主画面、盐端低压室配电系统画面、惠端低压室配电系统画面、风机系统监控画面、照明系统监控画面、交通信号灯系统监控画面等。在图形显示区部分，采用方便下拉式莱单操作，，根据相应选择项以及动画语音、位图等提示进行相关操作，PLC的终端机软件一般都是采用语句表和梯形图等的编程方式。
4.4 PLC的隧道监控系统设计优点
PLC作为被广泛应用的综合电子设备，拥有储存记忆、完成特定命令、顺序选择、逻辑判断、定时等功能，其应用于隧道监控系统具有以下五个显著的优点：第一，拥有稳压保护系统和故障排除技术，一般条件下可以可靠工作5万一10万小时；第二，PLC可供选择种类丰富，功能齐全，可以应用的领域广泛；第三，PLC编程简单，容易学习掌握，操作简便，价格低廉；第四，应用集成电路技术可以大大缩小PLC的体积和重量，能耗低，且方便安装使用；第五，拥有在线编程功能，用笔记本进行操作更方便，且能使PLC的功能更有针对性。
5 隧道监控系统中PLC程序的主要功能
5.1 交通监控
隧道内采用车辆的微波检测器以及车道指示标志和限速标志，加上信息可变情报板和交通信号灯等信息，对微波车辆检测器提供的车道信息进行处理，以判断隧道内交通状况；根据隧道及路段状况调整可变信息情报板显示内容；将隧道内采集处理后的数据上传到隧道监控管理中心服务器。
5.2 照明系统控制
通过采集隧道洞内外光强检测器的数值，根据光强参数进行隧道照明控制。也可以根据时间参数来进行隧道照明控制。
5.3 消防控制
消防控制子系统中的报警是有双层方案的，即自动报警与手动报警，PLC根据串口协议与火警控制器相连，可准时获取火灾情况并进行反馈。同时中心控制区的计算机系统有着各样的控制方案以针对各种交通情况，例如灭火系统、通风系统以及照明系统等，这都是为了方便隧道管理以及意外情况发生等。
5.4 通风控制
隧道内所含有的一氧化碳的透过率检测后所得数据再结合相关准则进行判断能够对风机的转动、转速以及转向等进行控制，使得隧道内的安全状况在保持的情况下还能够达到节省资源、保护环境的目的。
6 结语
高速公路隧道监控系统的设计目的是让相关监管人员及时、全面了解隧道内的交通情况，及时发现公路运行障碍并给与及时处理。PLC成为了当前隧道监控系统的核心装备，使用PLC系统可以大幅提高高速公司隧道监管系统的效率，节约资源，减少成本，提高总体经济效益和社会效益。
参考文献
[1] 王永振，PLC在高速公路隧道监控系统中的应用[J]，可编程控制器与工厂自动化，2012年04期.
公路照明技术条件范文第4篇
关键词：LED节能灯；太阳能光伏发电；可变信息标志
中图分类号：TK511文献标识码： A
前言
在高速公路正常运营过程中，将需要大量的照明、监控设备、冷暖空调，这些设备在使用过程中将消耗大量的电能。对于这些设备，以目前火力发电的模式，如果采用节能技术及产品的话，将可节约大量的电能，并有效减少二氧化碳的排放量。本文针对目前高速公路仍主要利用区域电网供电、过滤净化处理污水排放和高压钠灯提供照明等常规方式，在这些附属设施中仍然可以大力推广节能减排技术，拟采用智能电子系统、太阳能光伏技术、安装LED节能灯、飞轮UPS技术，达到节约能耗的目的。
1、智能电子系统应用于收费及能源管理
智能一体化路桥车道收费系统智能一体化路桥车道收费系统主要是安装在公路或大桥收费亭内用来管理车道外部设备。其主要功能是实现对通行车辆费用的收取，该系统具有性能稳定、收费时间短、耗能低、零噪声等特点。
智能一体化路桥收费系统车道控制机是一台节能小型的产品，内置有接口板、节能工业级电源、节能CPU板等。外接设备都是按照功耗进行严格配置，其中，通行信号灯、正向雨棚灯、反向雨棚灯、费额显示器、票据打印机、车道摄像机和亭内摄像机等都是采用节能型设备。并且，一体化路桥车道收费机集成了视屏采集模块、字符叠加模块、I/O控制、显卡、网卡、并行口、串行口、USB控制器和PS/2接口，实现车道收费业务和节能需求。
智能建筑能源管理系统智能建筑能源管理系统主要是由建筑设备管理系统（BAS系统）来实现的。
在工程建设中，针对高速公路综合管理区、服务区、收费站等场所，根据系统预先编排的时间程序对电力、照明、空调等设备进行最优化的管理，从而达到节能的目的。
智能建筑能源管理系统通常采用如下节能措施：定时法。根据大楼工作作息时间按时启停控制设备，如风机、照明等；温度―时间延滞法。根据大楼内温度保持的延滞时间，提前关闭空调主机或锅炉达到节能之目的；调节供水温度。根据室内外实际温度调节空调系统的供水温度，设定合适的供水温度减少系统主机的过度运行，实现节能；经济运行法。在室外温度达到13℃时，可直接将室外新风作为回风；在室外温度达到24℃时，可直接将室外新风送入室内。在这样的情况下，系统可节约对送回风系统进行处理的能源；设备等寿命运行。对楼内冷热源主机、泵机、风机等设备进行等时间交替运行，延长设备的运行寿命，节省维护费用。
2、LED节能灯具的应用
目前，节能照明技术在我国高速公路及隧道中得到了一定的应用。现有高速公路、站场及隧道原有照明设备已部分老化，照明光源衰减较大，为了满足道路行车安全的要求及运营管理的需求，已对部分高速公路沿线、服务区、收费站等场所实施节能照明技术。主要采用高效节能LED灯代替原有的高压钠灯，有效降低能耗，达到节能减排的目标。
LED节能灯LED被称为第四代照明光源或绿色光源，具有节能、环保、寿命长、体积小等特点，可以广泛应用于各个领域，特别是道路照明等长时间照明环境，如高速公路隧道照明中采用LED节能灯具（包括加强灯具、基本照明灯具以及应急照明灯具、应道照明灯具）；服务区以及停车区也应采用LED泛光节能灯照明；广场可采用LED节能灯照明。LED具有三项优点：一是高性能，直流驱动，超低功耗，相同照明效果比传统光源节能80%以上；二是寿命长，环氧树脂封装，使用寿命可达6万小时～10万小时，比传统光源寿命长10倍以上；三是环保，光谱中没有紫外线和红外线，废弃物可回收。
LED照明技术运用于高速公路，其主要通过光源发光效率、有效光效、驱动效率、灯具综合效率、电网电压的影响、线路损耗等六个方面实现节能。
LED 技术近年发展迅速, 商业产品发光效率不断提高, 已达100~ 140lm/W, 基本突破大功率、高照度与小体积之间的实用技术瓶颈。LED 灯具采用白色 LED 为光源, 显色指数超过 80 Ra。在实用中, 较低亮度可达到显色指数低的光源的同样照明效果, 即等效亮度。如与显色指数60 Ra, 照度相对值 1.6 的高压钠灯比较, 显色指数80Ra, 照度相对值 1.41 的 LED 灯采用的亮度标准可为其的 1.41/1.6=0.88倍。
LED灯是由驱动电源和恒流电路组成，由于电路结构简单，驱动直接，中间转换环节少，所以驱动效率非常高，普遍能达到90%左右。
LED具有单向辐射特性。它所发出的大部分光能无须经过反射就可直接到达被照物体，从而使光能能够得到最大限度地发出，大幅度地提高了灯具的效率；这使得在相同的照度条件下，LED光源所消耗的电能比其它光源更低。
LED的功耗几乎不随电源电压变化。若采用LED光源，通过先进的调光技术，可以使下半夜照明能耗下降一半。
在同等的照度要求的情况下，高压钠灯的工作电流最大，功率因数较低，只到0.75左右；LED路灯工作电流较少，功率因数较高一般到0.95左右，因此，在道路或隧道照明应用中，灯具密度大，供电集中，整体功耗非常大，因此线路损耗差异非常明显。
3、新型绿色能源技术应用于供电系统
高速公路沿线设有大量的监控和通信设备，这些设备的特点是功率小，距离站点远，且成线状布置。如果收费站或者服务区，因为距离远，不在正常合理供电范围内，一是造成电压损失超出合理范围，使设备无法使用，二是供电电缆的线径将大大增加，增加了投资成本。利用太阳能或风能发电技术，可维持高速公路正常运营过程中相关设备的电能供应。
太阳能光伏发电系统是通过太阳能电池组件在日照辐射下产生光伏电流，为用电负载提供电力能源。太阳能电池产生的电流通过充放电控制器一方面对负载直接供电，另一方面将多余的电能储存在蓄电池中以备光照不足时向负载供电。交流负载可通过逆变器、变压器转换成适用的交流电供电。为应对恶劣气象条件造成蓄电池电量不足的情况，系统可配置市电或自发电应急充电接口。
风光互补发电系统采用风能和太阳能互补，实现阴雨天也能够利用风能补充电能，保证持续阴雨天正常照明和补充充足的能量；利用风力发电机与太阳能互补供电，可减少太阳能电池组件的配置，降低太阳能电池方面的投资和减少太阳能电池组件的面积以降低太阳能电池组件的迎风面积和抗风设计，从而降低了灯杆和基座强度要求的投资。比如，采用柔性太阳能电池可以包卷在灯杆中，这样灯杆就是太阳能发电装置，这种设计具有美观和抵抗飓风能力的独特优点。
4、太阳能可变信息标志技术的应用
太阳能可变信息标志运用多项新工艺、新结构和新技术，在不影响使用性能的前提下，降低传统可变信息标志的80%以上的功耗，使其供电系统可以选用新能源，摆脱对公共电网的依赖，实现按需分布、快速布局，降低建设的综合成本，避免线路盗损，便于供配电困难道路上可变信息标志的使用，满通应急管理、信息的需要，为智能化交通建设提供必要保障。
目前道路上所使用的LED可变信息标志大多采用稳压恒流方式驱动，甚至采用简单的电阻限流，适用这种方式的驱动电路其特点是简单实用、成本较低，但同时驱动电路所消耗的功率也较大。而太阳能可变信息标志采用PWM脉冲宽度调制驱动技术大幅度降低了LED可变信息标志驱动电路消耗的功率。
常用的可变信息标志采用的是由发光二极管直接显示，其散射区域大，而实际有效观看范围狭小。经研究对比，可变信息标志观看使用范围仅占投射区域横截面积的百分之十。而太阳能可变信息标志采用二次光学配光处理，使可变信息标志发光二极管发出的光束集中投射在有效区域内，在增加可变信息标志亮度达到GBT 23828-2009 《高速公路LED可变信息标志》（可是距离210m-250m）要求的同时，大大降低可变信息标志的消耗功率。使其消耗功率仅为普通信息标志的六份之一。
通常使用市电供电的可变信息标志是需要市电通过降压、整流、稳压之后才能供之使用，而太阳能可变信息标志可直接低压 DC12V―24V供电，从而降低因降压整流而产生功率损耗。而且低压供电具有安全可靠，防雷性强、维护成本大幅降低等优点，还可以摆脱对电网的依赖。
传统的可变信息标志消耗的功率较大，其发热量也大，目前几乎所有大型可变信息标志都需要安装对流风扇，以降低内部温度。经检测计算，一块典型（10x1米）的大型可变信息标志对流散热风扇所消耗功率为 0.5Kw。而且风扇是易损件，长期使用极其容易损坏，一旦风扇损坏使得屏体内部温度升高而造成损毁。太阳能可变信息标志则采用新的结构工艺，解决由于散热导致过高功耗的问题，降低整体能耗，还可以提高屏体的稳定性。
5、飞轮UPS技术
飞轮UPS技术传统的UPS用化学蓄电池作为储能单元，因其储能密度大，价格低廉而被广泛采用，但它需要定期维护、寿命短、充电时间长，还会给环境带来污染。飞轮储能是通过能量转换系统把电能或者其他形式的能量以机械能方式储存在高速旋转的飞轮中，当需要释放能量时，飞轮转速降低，可以把储存在飞轮中的机械能转换为电能或者其他形式的能量。高速旋转的飞轮具有高比能量、长寿命、高效率、无污染等特性。
公路照明技术条件范文第5篇
Abstract: At home and abroad,there are usually two types of solar receivers:one is the tracking-sun type and the other is non-tracking type.The economic indicators using to evaluate the solar receiver are the economics of the structure of the devices,the photovoltaic conversion rate,the routine operation and maintenance,and the utility of energy and materials.Analyzing from the economic indicators above,the tracking-sun type is much better than the non-tracking type when used in road illumination. We can see that it will bring huge profit using the tracking-sun type of receiving equipment in road illumination which should be recommended and applied because it is low-carbon and environmentally friendly.
关键词: 太阳能;跟踪;接收装置;经济分析
Key words: solar energy;tracking;receiving equipment;economic analysis
中图分类号:TK51 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)19-0127-03
0引言
面对如今严重的能源危机,使用太阳能拥有很多优势。太阳能属于再生能源,目前常见的再生能源主要有风能、水能、太阳能和地热,其中,太阳能是总体上最可利用的再生能源。与风能相比,稳定性较强,受季节、季风影响较小;与水能相比,太阳能地理位置局限性较小。地热跟水能一样,受地理位置的局限性,而且有足够的地热可以发电的地方并不多[1]。所以国内外专家学者都在对其进行大量的研究,但光-电转换收集太阳能的效率问题,各国的装置普遍都较低。目前,太阳能接收装置分为跟踪式和非跟踪式:非跟踪阳光接收装置,即固定式,太阳能接收板朝向固定,不随阳光移动而变化;跟踪阳光接收装置则是接收板随着阳光偏移而自动转向,像“向日葵”跟随太阳旋转一样。
纵览国内外的种种太阳能电池,绝大多数是采用非跟踪式接收装置,这种方式下提高光-电转换效率的研究方向主要有提高采光面积,研发蓄电池新型材料及智能充放电和控制灯具关、开等。但是,随着阳光的移动电池板与阳光投射倾角不同,所以非跟踪式太阳能接收装置每个时段获得的太阳能是不等的[2],因此光-电转换太阳能的总效率低。在此基础上,人们开始研究如“向日葵”跟随太阳旋转的光伏电池,但因为成本高,控制精度不够,使用寿命短,维修和维护成本比非跟踪式接收装置更高等原因无法推广。本文便是在研制了阳光跟踪器自动控制方案后,对非跟踪式和跟踪式两种接收装置在太阳能公路照明应用方面进行的经济分析。
1评价公路照明用太阳能接收装置的经济指标
太阳能接收装置经济性分析指标一般涉及四个方面:
1.1 装置组成经济性即一次性投资成本,在得到足够的电能转换前提下,与传统照明系统相比,太阳能的少去了设置照明供电系统和照明配电系统两部分,而非跟踪式和跟踪式太阳能接收装置的一次性成本都包含成套照明灯具和安装工程量(灯具安装和调试)两部分。因此,在评价这个方面时,需从成套照明灯具和安装工程量两个方面来分析。
1.2 光伏转换率的经济性即在除跟踪与非跟踪区别之外系统其他部分完全一样的条件下,日常工作时,两种太阳能接收装置的转换效率。太阳能光伏系统的总效率由电池组件的PV转换率、控制器效率、蓄电池效率及负载的效率等组成。目前,太阳能电池的转换率只有17%左右,而控制器、蓄电池均远高于此。因此提高电池组件的转换率,降低单位功率造价可提高太阳能发电产业化的经济性。
1.3 日常运行维护的经济性在照明系统投入运行后,就会有运行成本产生,与它直接相关的系统日后投入包括经费和人力。传统照明系统的运行维护成本一般由人力定期巡查成本、产品更换成本等两大部分组成。目前,太阳能照明系统运行检查尚无相关规定予以规范,运行过程中的监控一般是采用遥控巡检测试为主,人力现场定期检测为辅的方式。遥控巡检测试一般的检查内容有:太阳能电池状态、充放电状态、照明器运行状态等。人力定期巡查成本可忽略不计,而遥控检测的设备已在一次性投资中计算过了,在运行维护成本中无须再计算。太阳能照明系统的产品更换成本,没有供配电线路维护、更换和配电箱维护、更换成本,但有控制设备的更换、灯具的损坏更换等。因此,日常运行维护的经济性主要是由产品更换成本来反映。
1.4 能源、材料使用的经济性传统照明系统的能源消耗一般包括电能消耗和金属铜消耗两部分。与传统照明系统相比,太阳能照明系统的电能直接由太阳能电池板转化提供,没有铺设供配电线路网络,所以供配电系统电能损耗几乎为零。太阳能转换效率足够时,可以不使用国家电网的电能。另外,太阳能照明系统没有长距离的电能传输配电线路,所以配电导线用量与传统公路照明系统相比可忽略不计。因此,太阳能照明系统在能源、材料使用的经济性上较传统照明系统有无可比拟的优势。另外,从节能和环保的角度考虑,它降低了碳排放量更是值得大力推广。
2跟踪阳光式接收装置在公路照明中的应用
2.1 太阳能公路照明现状中国人口众多,而能源却相对贫乏,人均资源占有量不足世界人均值的1/2,按照现在中国的能耗,我国将在全球率先面临石化能源枯竭的挑战。为了缓解能源紧缺的现状,发展可再生能源越来越紧迫,太阳能的利用应当引起广泛的关注。而太阳能用于公路照明是太阳能应用的典范,因为这种应用有很大优势:在公路上一般无太阳的遮挡物,太阳光照比较充分;另外公路一般为政府统一规划,易统一安装使用先进的公路设施、设备。但是目前国内太阳能公路照明的应用尚处于起步阶段,几组典型数据如表1所示。
国外太阳能应用进展较国内的要快一些。目前全世界有136个国家正在普及推广应用太阳能发电技术,其中95个国家正在大规模研发和生产各种太阳能发电设备和太阳能电池应用产品。2005年全世界太阳能电池电能总产量已经达到2000MW。其中日本发展较快,太阳能电池产量约占世界总产量的50%,10年内太阳能电池的每瓦成本下降90%。2001年时日本太阳能发电设备累计总装机容量为450MW,2003年为887MW,2004年达到1900MW,估计到2008年达到2350MW,2010年达到5000MW。2010年全世界太阳能发电设备累计总装机容量达到18000MW。
2.2 跟踪阳光式接收装置在公路照明中应用公路照明用跟踪阳光式太阳能接收系统的设计,主要需进行灯具选择和控制方案选择。
2.2.1 灯具选择传统的公路和城市道路照明沿用的是普通型高压气体放电灯,如普通型高压钠灯,它的特点是光效高、寿命长,但光色较差。近年来,人们的目光开始注意到一种新型功率型LED照明灯具。LED是一种固态半导体器件,它具有体积小、寿命长、可靠性高、能在低压环境中工作等优点。LED路灯比传统路灯的性能要高,综合节能60%以上。虽然LED路灯的成本高于传统路灯的三倍,但从长远考虑,就三公里道路LED高出的成本在未来的2.74年即可用它节省的电费来补偿,所以现在公路照明灯具选择LED灯更加合理。
2.2.2 控制方案选择目前国内外已有的跟踪式太阳能接收装置的跟踪方式可分为单轴太阳能跟踪器和双轴太阳能跟踪器两种。由文献[3]可知:双轴跟踪系统能够最大效率的利用太阳辐射能量,单轴跟踪系统的利用率虽然比双轴跟踪系统的稍低,但比固定安装式系统的高,其控制也较双轴跟踪系统简单。单轴跟踪系统一般采用: ①倾斜布置,东西跟踪; ②焦线南北水平布置,东西跟踪; ③焦线东西水平布置,南北跟踪。这三种方式都是单轴转动的南北向或东西向跟踪,工作原理基本相似[4]。比如,按地区日照平均值选择太阳能电池板南北向倾角固定安装,利用单轴控制器实施对同步电动机的控制,同步电动机带动太阳能电池板根据日照情况每隔一定时间东西向旋转一个固定角度,这样便实现了对阳光能量的跟踪式接收。中国西北地区的纬度高使得它的日照时间较长,太阳能非常充足,系统利用率也高,更易提供公路照明所需的电能。因此,像西北地区这样太阳能较充足的地带,更适合采用单轴太阳能跟踪器。
单轴控制方案虽能完成跟随太阳光线并进行适时的调整其入射角,但它还存在不足。对于如浙江省这样光照不是很充足的地区,若只按一个方向控制太阳能电池板还是不能充分提高太阳能的利用率。解决方法是:根据系统所在地域的纬度和经度设置两台电动机进行阳光跟踪。阳光可以分解为两个分量,一个垂直于太阳能电池板表面,另一个平行于电池板表面,前者的辐射能被电池板吸收转换,后者则不然。实际使用时应尽量使阳光和电池板法线的夹角即入射角θ小。阳光入射角θ不仅随每天的日照时间变化而且也随季节变化,因此固定一个方向安装的太阳能电池板不能充分吸收太阳辐射能量。双轴跟踪就是将太阳能电池板绕两个互相垂直的纬度和经度角转轴旋转,能同时跟踪太阳的方位角和高度角,在理论上可完全跟踪太阳的运行轨迹以实现入射角θ为0°。这就是全跟踪即双轴(经纬)太阳跟踪,因此像浙江省这样太阳光照不是很充足的地带,更适宜采用双轴太阳能跟踪器。
3两种公路照明用太阳能接收装置的经济性分析
根据前面提出的评价装置的经济指标,下面对非跟踪式和跟踪式太阳能接收装置进行经济性分析。
3.1 两种太阳能接收装置的一次性投资成本在太阳能转换的电能充足时,与传统公路照明相比,太阳能公路照明系统在一次性投资的系统组成方面减少了配电箱安装和线路敷设安装两个环节,所以只需从灯具和安装工程量两方面进行比较。跟踪式太阳能公路照明系统在安装工程量上,比普通固定式即非跟踪式的调试量多出了一部分。两种太阳能公路照明系统一次性投资资金组成如表2所示。由表2可知,跟踪式一套设备的成本比非跟踪式高两百元左右。在太阳光照很充足的地域,若采用固定式太阳能接收装置并在其效率较低时也能满足照明的电能需求,则固定式装置在一次性投资成本上相对有优势,但为了保证在阴雨天的照明,固定式太阳能接收装置一般还会设置公路照明配电箱、照明线路作为备用电源。
另外,对于太阳光照不太充足的地方,仅用固定式太阳能接收装置来提供照明电能往往是不能满足要求的,而跟踪式装置由于其转换的高效率则可以满足用电需求。虽然一次性投资成本上跟踪式装置较固定式装置稍高,但固定式接收装置一般要增加公路照明配电箱、照明配线,使得其一次性实际成本远远高于跟踪式装置。
3.2 两种接收装置光伏转换率的经济分析在太阳能接收装置采光面积相同,蓄电池材料相同,充放电和控制灯具关、开等设备条件相同的情况下,两种装置的光伏转换率相差非常大,跟踪式的光电转换率要高很多,理论上高50%,实际情况一般要高35%。而且就南方地区而言,阴雨天气一般较长,常用固定式的太阳能灯具在电能充足状态下输出只能维持三到五天,所以固定式太阳能照明器不能独立的在南方地区使用,一般还需铺设照明供配电线路,作为在电池电量不足时的备用。如浙江省由于日照相对欠充足,要完全依赖固定式太阳能电池板进行光伏转换来供电,则需要较大容量的太阳能电池板,一般需增加太阳能电池板容量30%左右(约增加12W),这样一来,固定式接收装置的经济性就变得更差。
3.3 两种接收装置日常运行维护的经济分析对于日常运行维护成本中的人力定期巡查成本和产品更换成本,两种太阳能照明器基本相同。在太阳能转换率足够高时,与传统照明相比,两种太阳能接收器都可省去包括供配电系统、灯具能耗两部分的供电成本。表3是传统照明、跟踪式和固定式太阳能照明三种系统运行成本的相关数据,该表是以10公里公路安装666盏路灯的假设条件进行估算的,按每度电1.00元人民币计算供电费用,而且表中数据均为一年费用。太阳能电池板水平布置以及小倾角布置时,灰尘、雨水等因素对光伏发电产能有较大影响[5]。固定式接收器在日照不充足、梅雨季节或阴雨天气,将会导致供电不充足。这时就要增加传统的供配电系统,并且在产品更换成本中又不得不加入这部分费用。而太阳能照明自动跟踪控制系统由于其光电转换效率高,可以完全免去供电成本中线路损坏、线路再敷设修护、配电箱维护和更换的成本。总之,跟踪式接收器日常运行维护的经济效益更高。
3.4 两种接收装置能源、材料使用的经济分析在太阳能转换的电能足够时,两种太阳能接收装置自身的电能消耗和金属铜消耗均可以忽略不计。但是因为某些情况下固定式照明器电能转换量不充足,为保证公路照明的正常运行,必须在安装太阳能照明系统的同时安装传统的供配电系统,这样一来,非跟踪式照明器的金属铜消耗量就不能忽略不计了,而且发电量不足的时候,对国家电网上的电能消耗也不能忽略。综合考虑,跟踪式太阳能接收装置较固定式的有着更高的经济效益。
4结论
通过对两种太阳能接收装置的经济性分析可知,虽然在阳光很充足的地区和时节,固定式太阳能接收装置在一次性投资项目的自动控制调节费上低于跟踪式装置,但面对我国这样一个区域广大、气候复杂的情况,从电能转换效率、供电量稳定性及能源和材料消耗等几项经济指标来分析,同等容量大小的电池板,跟踪式装置全面优于固定式装置。跟踪式太阳能接收装置提高了光伏转换效率,即使在太阳能不充足、阴雨天气的时候,高效率转换的电能也足够公路照明使用,所以可以完全脱离电网,不存在化石能源消耗,有效地降低了碳排放量。跟踪式太阳能接收装置在公路照明中的应用所产生的经济效益和社会效益将是无限量的,应予以大力推广。
参考文献:
[1]郑子和.基于ISC模式下的太阳能发电产业发展研究[J].价值工程,2009,(6):30-32.
[2]杨金焕.固定式光伏方阵最佳倾角的分析[J].太阳能学报,1992,(1):86-92.
[3]窦伟,许洪华,李晶.跟踪式光伏发电系统研究[J].太阳能学报,2007,(2):169-173.
[4]郑小年,黄巧燕.太阳跟踪方法及应用[J].能源技术,2003,(4):149-151.
