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      城市LED路燈照明節(jié)電效益分析

      2010-06-06 03:08:28劉桂濤白敬中
      電力需求側(cè)管理 2010年5期
      關(guān)鍵詞:鈉燈鎮(zhèn)流器節(jié)電

      劉桂濤,白敬中

      (1.孝感學(xué)院,湖北 孝感 432000;2.中國(guó)市政工程中南設(shè)計(jì)研究院,武漢 430010)

      隨著太陽(yáng)能光伏技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步,太陽(yáng)能燈具產(chǎn)品在節(jié)能環(huán)保兩方面具有雙重優(yōu)勢(shì),太陽(yáng)能LED路燈在北方光照條件較好的城市道路照明改造上的應(yīng)用已經(jīng)越來(lái)越廣泛。

      LED路燈照明系統(tǒng)采用太陽(yáng)能電池板系統(tǒng)供電,不需要鋪設(shè)復(fù)雜管線,節(jié)能、環(huán)保、使用壽命長(zhǎng),是一種高效的綠色照明系統(tǒng)。本文以某城市道路照明改造成LED路燈照明工程實(shí)踐為例,分析改造后的節(jié)電效果。

      1 工程概況

      本工程為某縣城南工業(yè)區(qū)路口至洛陽(yáng)橋路燈工程,全長(zhǎng)13495 m,道路照明工程已經(jīng)運(yùn)行了15年,由于該縣城南邊新修筑了一條Ⅱ級(jí)主干道,而且該縣地處北方,太陽(yáng)光充足日照好,現(xiàn)擬將該道路照明工程改造成太陽(yáng)能供電LED燈照明。改造前照明標(biāo)準(zhǔn)參照城市Ⅱ級(jí)主干道選取,機(jī)動(dòng)車道平均照度按不小于30 lux,均勻度等于0.4設(shè)計(jì);照明負(fù)荷等級(jí)為三級(jí),由縣電網(wǎng)提供10 kV電源,經(jīng)專用路燈變壓器(SCB10-10/0.38 kV)變壓后,采用220 V向各路燈單相供電;燈具采用雙側(cè)對(duì)稱布置,為半截光型,仰角12°;光源為高壓鈉燈SON-T250 W;燈桿高度為12 m,安裝間距35 m,并布置在綠化帶中。經(jīng)統(tǒng)計(jì),高壓鈉燈泡、燈具、鎮(zhèn)流器、啟動(dòng)器、電容器、熔斷器、燈桿均為770套(支、根),路燈箱式變壓器、路燈控制箱均為9套。改造后原道路照明標(biāo)準(zhǔn)參照城市Ⅱ級(jí)次干道選取,機(jī)動(dòng)車道平均照度按照度為20 lux左右,均勻度等于0.35設(shè)計(jì),光源為L(zhǎng)ED燈,并由獨(dú)立的光伏電源系統(tǒng)供電,LED燈和光伏電源系統(tǒng)均為770套。

      2 太陽(yáng)能LED路燈系統(tǒng)的構(gòu)成

      圖1為太陽(yáng)能供電LED路燈系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。系統(tǒng)主要由太陽(yáng)能電池、充放電控制器、蓄電池、LED燈、燈桿等構(gòu)成。系統(tǒng)不同工作狀態(tài)的控制轉(zhuǎn)換和相應(yīng)的管理策略由基于單片機(jī)的充放電控制電路實(shí)現(xiàn)[1]。

      圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

      控制信號(hào)為太陽(yáng)能電池輸出電壓。在白天光照條件下,控制電路檢測(cè)到太陽(yáng)能電池有正常輸出,則開啟充電電路,關(guān)閉放電電路,太陽(yáng)能電池將所接收的光能轉(zhuǎn)換為電能,經(jīng)充電電路對(duì)蓄電池充電;天黑后,太陽(yáng)能電池停止工作,輸出端開路,則關(guān)閉充電電路,開啟放電電路,蓄電池將儲(chǔ)存的化學(xué)能轉(zhuǎn)換成電能輸出到照明負(fù)載[2]。

      太陽(yáng)能電池板是太陽(yáng)能路燈的核心部分,太陽(yáng)能電池板是帶有PN結(jié)的半導(dǎo)體器件,根據(jù)光生伏特原理,能將太陽(yáng)光能直接轉(zhuǎn)換成電能[3]。LED作為環(huán)保節(jié)能型半導(dǎo)體光源,是太陽(yáng)能路燈最為理想的光源,LED路燈中運(yùn)用了功率電子技術(shù),設(shè)計(jì)了驅(qū)動(dòng)器,用于提供穩(wěn)定的電源;同時(shí)設(shè)計(jì)了高效率增強(qiáng)以及超節(jié)能脈沖寬度調(diào)變(PWM)2種輸出模式,配合時(shí)間控制,可以在需要的時(shí)候(上半夜天黑人多車多的時(shí)候)以高效率增強(qiáng)模式點(diǎn)亮LED路燈,提供良好的照明,而其它時(shí)間段(后半夜人車稀少的時(shí)候)則以超節(jié)能模式輸出,節(jié)約蓄電池的電力的消耗,延長(zhǎng)路燈工作時(shí)間[4]。

      3 效益分析[4—6]

      改造前,采用高壓鈉燈進(jìn)行城市道路照明,經(jīng)計(jì)算初投資相對(duì)較少,但需對(duì)光源和鎮(zhèn)流器進(jìn)行更換和維護(hù),而且因道路照明時(shí)間很長(zhǎng)(10 h/晚),需要消耗大量市政電網(wǎng)供給的電能,后期費(fèi)用大。改造后,道路照明采用太陽(yáng)能電池板系統(tǒng)供電的LED燈進(jìn)行照明,若太陽(yáng)能供電LED路燈系統(tǒng)成本以桿高每米1000元計(jì)算,初投資比較大,但城市道路照明完全不需要市政電網(wǎng)供給電能,能節(jié)約大量電能,后期費(fèi)用小。

      3.1 改造前采用高壓鈉燈照明所需設(shè)備材料

      根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙統(tǒng)計(jì),改造前采用高壓鈉燈照明所需設(shè)備材料如表1所示。

      表1 使用高壓鈉燈照明時(shí)所需設(shè)備材料

      3.2 改造后所需設(shè)備材料

      根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙統(tǒng)計(jì),改造后采用LED路燈照明所需設(shè)備材料如表2所示。

      表2 使用LED路燈照明時(shí)所需設(shè)備材料

      3.3 高壓鈉燈與LED路燈成本分析

      高壓鈉燈的使用期是10000 h,LED路燈的使用期是50000 h,按照每天10 h照明計(jì)算,LED路燈可使用13.7年,是高壓鈉燈的5倍。在LED路燈使用期內(nèi)其蓄電池需更換4次(3.5年更換一次,單價(jià)為455元/只),高壓鈉燈泡和鎮(zhèn)流器需更換5次(高壓鈉燈泡和鎮(zhèn)流器共計(jì)200元/只,人工機(jī)械費(fèi)每次200元/只),結(jié)合表1和表2中的數(shù)據(jù),該道路安裝2種路燈的成本如表3所示。

      3.4 節(jié)電量

      該道路每天共照明10 h,按每年365 d計(jì)算,770套300 W高壓鈉燈(含鎮(zhèn)流器損耗50 W)一年的節(jié)電量為843150 kWh。太陽(yáng)能LED路燈的壽命為13.7年,則在13.7年內(nèi)用太陽(yáng)能LED路燈代替高壓鈉燈一共可節(jié)電1155.12萬(wàn)kWh。

      3.5 經(jīng)濟(jì)效益

      近期按電價(jià)0.9元/kWh計(jì)算,一年可節(jié)約電費(fèi)支出75.88萬(wàn)元。在太陽(yáng)能LED路燈有效使用期13.7年內(nèi),若考慮電價(jià)上漲因素,按平均電價(jià)1.65元/kWh計(jì)算,未來(lái)13.7年預(yù)計(jì)可節(jié)約電費(fèi)支出約1905.94萬(wàn)元。若不計(jì)算太陽(yáng)能LED路燈蓄電池更換的費(fèi)用,太陽(yáng)能LED路燈比高壓鈉燈多投資582.41萬(wàn)元,用節(jié)約電費(fèi)與之比較,則4.18年即可收回多投資部分。由表3可知太陽(yáng)能LED路燈比高壓鈉燈投資成本多支出722.55萬(wàn)元(含蓄電池更換費(fèi)用),扣除多余支出,13.7年內(nèi)實(shí)際節(jié)約資金1183.39萬(wàn)元。

      表3 高壓鈉燈與太陽(yáng)能LED路燈成本分析表 萬(wàn)元

      3.6 社會(huì)效益

      以燃燒煤炭的火力發(fā)電為參考,計(jì)算節(jié)電的社會(huì)效益。根據(jù)統(tǒng)計(jì):每節(jié)約1kWh電,就相應(yīng)節(jié)約了0.4 kgce,同時(shí)減少污染排放0.272 kg碳粉塵、0.997 kg二氧化碳(CO2)、0.03 kg二氧化硫(SO2)、0.015 kg氮氧化物(NOx)。按13.7年內(nèi)節(jié)電1155.12 kWh計(jì)算,則可節(jié)約4620.48 tce,同時(shí)減少污染排放3141.93 t碳粉塵、11516.55 t二氧化碳(CO2)、346.54 t二氧化硫(SO2)、173.27 t氮氧化物(NOx)。

      [1]吳波,盛戈皞,曾奕,等.多電池組太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].電力電子技術(shù),2008(2):45-47.

      [2]吳理博,趙爭(zhēng)鳴,劉建政,等.獨(dú)立光伏照明系統(tǒng)中的能量管理控制[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2005(22):68-72.

      [3]趙爭(zhēng)鳴,劉建政,孫曉瑛,等.太陽(yáng)能光伏發(fā)電及其應(yīng)用[M].北京:科學(xué)出版社,2005.

      [4]劉桂濤,白敬中.太陽(yáng)能LED路燈在道路照明中的應(yīng)用[J].孝感學(xué)院學(xué)報(bào),2009(6):74-76.

      [5]王建華,王金安.高效電子鎮(zhèn)流器在超市節(jié)能照明中的應(yīng)用[J].電力需求側(cè)管理,2008(4):46-47.

      [6]童顯海,曾武,丁航,等.中國(guó)綠色照明工程節(jié)電效果和經(jīng)濟(jì)效益統(tǒng)計(jì)計(jì)算方法的研究[J].中國(guó)照明電器,2003(1):22-23.

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