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路灯照明能耗分析与节能途径

放大字体  缩小字体 发布日期:2014-01-13  浏览次数:2792
核心提示:路灯照明用电在我国发电总量中占据了相当的比重,本文对传统路灯照明的能耗和节能途径进行了分析和讨论。定义了节能率的概念,并用此概念对不同节能途径的节能效果进行了推算,对路灯节能的可行性进行了论证。
    路灯照明用电在我国发电总量中占据了相当的比重,本文对传统路灯照明的能耗和节能途径进行了分析和讨论。定义了节能率的概念,并用此概念对不同节能途径的节能效果进行了推算,对路灯节能的可行性进行了论证。
  一、概述
  据不完全统计,目前我国国内城市道路照明的总灯数约400万只(套),加上高速公路、工矿企业、机场、码头等非市政照明灯具约100万只(套),总数超过500多万只,并且每年以10%以上的速度递增。其中城市公共照明在我国照明耗电中占30%的比例,约439亿kWh,以平均电价0.65元/kWh计算,一年开支达285亿元,成为各地财政部门的一大负担。
  根据2004年国家建设部的统计结果,我国照明耗电大体占全国发电总量的10%-12%。目前国内全年的照明耗电量是三峡水利发电工程全年发电量能力840亿度的两倍多,可以看出路灯照明的节能有很大的潜力,可以带来相当可观的社会与经济效益。
  本文在不考虑新光源等革命性新技术的前提下,对传统路灯照明的能耗和节能途径进行了分析和讨论。对路灯节能的可行性进行了论证。
  二、路灯照明的能耗分析
  目前国内路灯照明光源一般采用高压钠灯、高压汞灯和金属卤化物灯。常用的功率为150W,250W,400W,目前最常用的是250W和400W两种。它们的原理图如图一所示。
  从图一可以看出路灯照明消耗的能源主要消耗在以下几个方面:
  2.1  光源能耗
  为光源发光所带来的能耗,也就是电能转化为光能的部分,随着电压升高,光源的功率、光通量和光效也相对增加,但是光效的增加幅度要小于功率和光通量。也就是说增加供电电压增加的功率所带来的增加的光效变小了。
  2.2  器件能耗
  主要为路灯辅助器件的能耗,包括补偿电容、镇流器、起辉环节的能耗。
  2.3  其它能耗
  主要包括供电线路损耗等消耗。
  三、节能率
  为了能对节能效果做一个评价,我们在这里对节能率指标如式3.1进行了定义。
  式中,Po为节能前功率,Ps为节能后功率,η为节能率。
  可以看出节能率为采用节能方法后能节约的能牦百分比,节能率越高,该节能方法的节能效果越明显。
  四、路灯照明节能途径
  从路灯能耗的分析,我们可以得出以下四个路灯照明节能途径:下限功率、克服电网电压升高、按需照明、降低线损。
  4.1  下限功率
  以250W高压钠灯为例,路灯的额定工作电压为220V,额定功率为250W。但实际上由于线路损耗导致压降,路灯可以在190V正常工作。如果能够让线路上的路灯都工作在190V时,即工作在下限功率、可以实现路灯的正常工作,且不影响道路的正常照明。
  通过测算,路灯的供电电压为220V时,标称功率为250W,如果通过技术手段使每盏路灯的供电电压都为190V,工作功率为196W,则路灯采用这一方法后的节能率为
  4.2  克服电网电压升高
  电网的供电电压并不是一成不变的,往往会随着负载的变化而波动变化。尤其是后半夜城市电网的负载下降后,路灯照明的供电电压会明显升高,导致耗电增加,路灯变亮,同时由于供电电压升高还会大大降低路灯的寿命。根据现场的测量,后半夜通常的路灯供电电压有时会升高到240V。
  可以进行估算,电压升高到240V时,路灯功率为298W,如果通过技术手段使每盏路灯的供电电压控制在190V,工作功率为196W,通过这一方法的节能率为:
  4.3按需照明
  按需照明指的是1.目前我国的道路照明大多是超标设计,实际的道路亮度大大超出了国家标准。2.后半夜行人稀少时,照明程度可以适当降低。按需照明目前的主要技术手段采用后半夜调暗路灯的方法。
  采用这种方法,我们根据现场检测和测算,节能率可以达到50%左右。
  4.4  降低线损
  根据我们对现场一条普通照明道路进行了测试,该道路的实际功耗为5.2kW,功率因数为0.887,线路压降为10V,可以推算出,线路损耗为122W,占全部功率的3%。如果可以通过技术手段实现功率因数到0.98,即可实现节能率为3%。
  五、一种实现方法
  我们开发研究了一种路灯节能设备
  系统通过LC串联输出电路的非线形特性,利用变频技术改变光源的输出功率。利用状态监测模块实现对输出功率的闭环控制,真正实现让光源工作在下限功率,并按需照明,同时利用功率因数矫正模块实现提高照明线路的功率因数,从原先的85%提高到到99%以上,降低线损。
  ·该节能器的特点如下:
  ·使用LC谐振的阻抗特性调节功率
  ·闭环功率控制
  ·功率调节范围宽
  ·使用功率因数矫正电路
  ·按时控制
  ·按需照明
  ·具有通讯接口
  ·单灯安装。
  该节能器的缺点是单灯安装,安装工程量大。但是优点是可以最高效率实现节能。
  六、结论
  通过本文分析,我们可以得出以下结论:路灯照明用电占用了我国的大量电能,路灯照明节能有广阔的节能空间,市场前景广阔,技术手段成熟,大有可为。不仅可以缓解我国目前的电力紧张,而且在今后电能不紧张的时候同样起到节约能源,大量节省不可再生资源的作用。
 
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