高速公路隧道照明及供配電節(jié)能思考

蔡彬峰

（浙江數(shù)智交院科技股份有限公司，杭州 310030）

1 高速公路隧道照明和供配電的能源消耗現(xiàn)狀

高速公路隧道照明和供配電系統(tǒng)的能源消耗現(xiàn)狀是一個(gè)值得關(guān)注的問(wèn)題。 目前，傳統(tǒng)的熒光燈和高壓鈉燈等照明設(shè)備仍然被廣泛應(yīng)用于隧道照明。 這些傳統(tǒng)照明設(shè)備的能效較低，能源利用率不高，存在明顯的能源浪費(fèi)現(xiàn)象。 相對(duì)于LED 照明等先進(jìn)技術(shù)， 傳統(tǒng)的照明設(shè)備在能源轉(zhuǎn)化效率上存在較大的差距。 （1）傳統(tǒng)熒光燈和高壓鈉燈等照明設(shè)備的能效較低，大部分輸入能量轉(zhuǎn)化為熱量而非光能，導(dǎo)致能源浪費(fèi)。 這種能源浪費(fèi)不僅對(duì)環(huán)境造成負(fù)面影響， 還增加了能源成本和運(yùn)營(yíng)成本[1]。 （2）隧道照明系統(tǒng)通常需要保持24 h 不間斷運(yùn)行，導(dǎo)致了能源消耗的持續(xù)性和高強(qiáng)度。 在供配電系統(tǒng)方面，存在能源損耗和電力浪費(fèi)的問(wèn)題。 電纜線(xiàn)路過(guò)長(zhǎng)、電纜截面積不合理等因素導(dǎo)致電力傳輸過(guò)程中產(chǎn)生能量損耗和熱量損耗。 傳輸損耗不僅導(dǎo)致能源的浪費(fèi)，還可能引發(fā)電力線(xiàn)路過(guò)熱、設(shè)備損壞等安全隱患。 （3）供配電系統(tǒng)中使用的變壓器等設(shè)備的能效水平也不盡相同，存在一定程度的能源損耗。 總的來(lái)說(shuō)，高速公路隧道照明和供配電系統(tǒng)的能源消耗現(xiàn)狀表現(xiàn)出能效低、能源浪費(fèi)等問(wèn)題。 為了提高能源利用效率、降低能源消耗和環(huán)境影響， 需要采取一系列的節(jié)能措施和技術(shù)創(chuàng)新來(lái)優(yōu)化隧道照明和供配電系統(tǒng)。

2 節(jié)能技術(shù)和實(shí)踐分析

2.1 LED照明技術(shù)

LED 照明技術(shù)是目前節(jié)能照明領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)之一。 發(fā)光二極管（Light-Emitting Diode，LED）照明具有許多優(yōu)點(diǎn)，成為替代傳統(tǒng)照明設(shè)備的理想選擇。 （1）LED 具有高效能特性。相較于傳統(tǒng)的熒光燈和高壓鈉燈，LED 的能效更高。 LED 燈泡能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為光能的效率較高，因此相同亮度下，LED所消耗的能量更少，能夠顯著降低照明能耗。 （2）LED 照明具有長(zhǎng)壽命的特點(diǎn)。 傳統(tǒng)照明設(shè)備的壽命較短，需要頻繁更換，而LED 燈泡的壽命可以達(dá)到數(shù)萬(wàn)小時(shí)，甚至更長(zhǎng)。 這意味著在隧道照明中使用LED 燈泡可以減小維護(hù)和更換的頻率，降低維護(hù)成本和人力投入。 （3）LED 照明具有可調(diào)節(jié)亮度的優(yōu)勢(shì)。 通過(guò)控制電流的大小，LED 的亮度可以靈活調(diào)節(jié)，以滿(mǎn)足隧道內(nèi)不同照明需求。 在高峰時(shí)段可以增加亮度，提供良好的照明效果，而在低峰時(shí)段則可以降低亮度，節(jié)約能源。 這種可調(diào)節(jié)亮度的特性為隧道照明的智能控制提供了便利。

2.2 智能控制系統(tǒng)

智能控制系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整照明亮度和開(kāi)啟時(shí)間，避免能源浪費(fèi)。 系統(tǒng)可以利用光感應(yīng)器、紅外傳感器等設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)。 光感應(yīng)器可以感知到隧道內(nèi)的光線(xiàn)強(qiáng)度，根據(jù)光照變化調(diào)整照明亮度。 紅外傳感器則可以檢測(cè)到行人和車(chē)輛的存在，根據(jù)人流車(chē)流量來(lái)控制照明的開(kāi)啟與關(guān)閉。 智能控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于能夠根據(jù)實(shí)時(shí)情況進(jìn)行靈活的照明調(diào)節(jié)。 在光線(xiàn)較暗、人流車(chē)流量較大的情況下，系統(tǒng)可以自動(dòng)提高照明亮度，確保行車(chē)和行人的安全；在光線(xiàn)較亮、人流車(chē)流量較小時(shí)，系統(tǒng)可以降低照明亮度，以節(jié)約能源。

2.3 光管天窗技術(shù)

光管天窗技術(shù)可以通過(guò)光導(dǎo)纖維將室外的自然光傳輸?shù)剿淼纼?nèi)部，減少對(duì)人工照明的需求。 光管天窗可以安裝在隧道頂部或側(cè)壁， 利用鏡面反射和光傳導(dǎo)原理將陽(yáng)光引導(dǎo)到隧道內(nèi)部。 光管天窗技術(shù)有幾個(gè)顯著的優(yōu)勢(shì)：（1）它能夠充分利用自然光資源，減少人工照明的使用。 通過(guò)合理設(shè)計(jì)和布置，光管天窗可以使隧道內(nèi)部獲得充足的自然光， 提供良好的照明效果，同時(shí)降低能源消耗。 （2）光管天窗技術(shù)還可以減少熱量的產(chǎn)生。 傳統(tǒng)照明設(shè)備（如熒光燈、高壓鈉燈等）在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的熱量，導(dǎo)致能源浪費(fèi)和隧道內(nèi)部溫度上升。 而光管天窗不會(huì)產(chǎn)生熱量，可以減少隧道內(nèi)部的熱量積聚，提供更為舒適的照明環(huán)境。（3）光管天窗技術(shù)還可以降低隧道維護(hù)成本。傳統(tǒng)照明設(shè)備需要定期更換燈泡和維護(hù)， 而光管天窗的光導(dǎo)纖維具有較長(zhǎng)的使用壽命，維護(hù)成本較低。 （4）光管天窗的安裝和維護(hù)也相對(duì)簡(jiǎn)單，不會(huì)對(duì)隧道的正常運(yùn)營(yíng)造成較大影響。

2.4 供配電系統(tǒng)優(yōu)化

通過(guò)合理布局電纜線(xiàn)路、選擇低損耗的電纜材料、采用高效變壓器等措施，可以提高供配電系統(tǒng)的能效。 （1）優(yōu)化電纜線(xiàn)路的布局可以減少電力傳輸損耗。 在設(shè)計(jì)隧道供配電系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)合理選擇電纜的截面積和長(zhǎng)度，減小電力傳輸時(shí)的電阻和損耗。 此外，應(yīng)避免電纜過(guò)長(zhǎng)或過(guò)密布置，以減少電纜線(xiàn)路中的電力損耗和熱損耗。 （2）選擇低損耗的電纜材料也是供配電系統(tǒng)優(yōu)化的關(guān)鍵。 使用低電阻、低介質(zhì)損耗的電纜材料可以減少電纜本身的能耗。 例如，采用銅質(zhì)導(dǎo)線(xiàn)而非鋁質(zhì)導(dǎo)線(xiàn)，可以減少導(dǎo)線(xiàn)的電阻損耗。 （3）采用高效變壓器可以提高供配電系統(tǒng)的能效。 變壓器是電力傳輸和分配的重要設(shè)備，通過(guò)將電壓從高壓轉(zhuǎn)換為低壓供給照明設(shè)備和其他電氣設(shè)備。 使用高效的變壓器可以減少能源的損耗和浪費(fèi)， 提高整個(gè)供配電系統(tǒng)的能效。

3 創(chuàng)新的節(jié)能思考

3.1 照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化

通過(guò)合理的光學(xué)設(shè)計(jì)、反射材料的選擇和照明設(shè)備的布局等手段，可以有效提高照明效果，降低能源浪費(fèi)。 （1）在照明系統(tǒng)的光學(xué)設(shè)計(jì)上，需要充分考慮隧道內(nèi)部的光線(xiàn)分布和照度要求。 通過(guò)對(duì)隧道幾何形狀、車(chē)流量、車(chē)速等因素的分析，可以確定照明燈具的位置、數(shù)量和布局。 合理的燈具布局可以保證隧道內(nèi)的照明均勻，避免出現(xiàn)明暗交替的情況，提高司機(jī)的視覺(jué)舒適度。（2）在照明系統(tǒng)的反射材料選擇上，應(yīng)選擇具有良好反射性能的材料。反射材料的選擇直接影響到光的利用率和照度均勻性。 例如，高反射率的反射板材料可以將照明光線(xiàn)有效地反射回隧道內(nèi)部，減少能量損失。 還可以選擇具有抗腐蝕和耐高溫特性的材料，以保證照明系統(tǒng)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性和可靠性。 在照明設(shè)備的選擇上，應(yīng)優(yōu)先選擇高效能的照明設(shè)備。 傳統(tǒng)的熒光燈和高壓鈉燈相比，LED 照明具有更高的能效和壽命，可以使能源利用效率達(dá)到更高水平。 LED 照明具有快速啟動(dòng)、可調(diào)節(jié)亮度和長(zhǎng)壽命等優(yōu)點(diǎn)， 且能夠在寬溫度范圍內(nèi)正常工作，因此， 把傳統(tǒng)照明設(shè)備逐步替換為L(zhǎng)ED 照明是提高隧道照明系統(tǒng)效能的有效途徑。（3）在照明系統(tǒng)的維護(hù)和管理上，定期進(jìn)行燈具清潔和故障檢修，確保照明設(shè)備的正常運(yùn)行。 燈具清潔可以避免灰塵和污染物的積累，保證照明效果；故障檢修可以及時(shí)修復(fù)損壞的燈具，保證整個(gè)照明系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

3.2 新型照明設(shè)備的應(yīng)用

隨著科技的進(jìn)步， 新型照明設(shè)備的應(yīng)用對(duì)于高速公路隧道照明節(jié)能具有重要意義。 其中，有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）等新型照明技術(shù)引人注目。 相較于傳統(tǒng)的熒光燈和LED 照明，OLED 具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，如更高的能效、更好的環(huán)保性能和更廣泛的應(yīng)用前景。 （1）OLED 照明具有更高的能效。 傳統(tǒng)熒光燈和LED 照明在轉(zhuǎn)換電能為光能時(shí)存在能量損耗， 而OLED是一種自發(fā)光設(shè)備，可以直接將電能轉(zhuǎn)化為光能，減少能量的浪費(fèi)，且能效較高，能夠在更低的功率下提供相同亮度的照明效果，因此，可以降低能源消耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)。 （2）OLED 照明具有更好的環(huán)保性能[2]。 OLED 采用有機(jī)材料作為發(fā)光層，相比傳統(tǒng)熒光燈和LED 照明所使用的無(wú)機(jī)材料，有機(jī)材料更易于分解和回收。 此外，OLED 照明不含汞等有害物質(zhì)，減少了對(duì)環(huán)境的污染。 這種環(huán)保性能使得OLED 照明成為可持續(xù)發(fā)展的重要選擇。 （3）OLED 還具有靈活性和可設(shè)計(jì)性的優(yōu)勢(shì)。 OLED 可以采用薄膜形式制作，非常薄、柔軟，因此，可以用于制作曲面照明設(shè)備，如彎曲的隧道墻壁或頂棚，提供更加均勻和舒適的照明效果。 （4）OLED 具有自發(fā)光特性，可以實(shí)現(xiàn)高對(duì)比度、鮮艷的顏色和寬廣的色域，為隧道提供更加清晰和舒適的照明體驗(yàn)。 然而，需要指出的是，目前OLED 照明技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中還面臨一些挑戰(zhàn)。 例如，OLED 的制造成本較高，導(dǎo)致產(chǎn)品價(jià)格相對(duì)較高，限制了其大規(guī)模應(yīng)用普及。 此外，OLED 的壽命和穩(wěn)定性仍然需要進(jìn)一步改進(jìn)和提高， 以滿(mǎn)足長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的需求。

3.3 基于車(chē)流的智能控制

傳統(tǒng)的光感應(yīng)器和紅外傳感器雖然可以根據(jù)光線(xiàn)變化和運(yùn)動(dòng)檢測(cè)來(lái)控制照明設(shè)備的開(kāi)關(guān)， 但無(wú)法針對(duì)實(shí)際的車(chē)流情況進(jìn)行精確的調(diào)節(jié)。 而基于車(chē)流的智能控制系統(tǒng)通過(guò)安裝攝像頭和圖像識(shí)別技術(shù)， 能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)隧道內(nèi)的人流和車(chē)流情況，從而更準(zhǔn)確地調(diào)控照明系統(tǒng)。 （1）通過(guò)攝像頭捕捉隧道內(nèi)部的畫(huà)面。 智能控制系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)獲取車(chē)流的信息，借助圖像識(shí)別技術(shù)，系統(tǒng)能夠?qū)D像進(jìn)行處理和分析，精確地識(shí)別和統(tǒng)計(jì)隧道內(nèi)的車(chē)流量。 這樣，系統(tǒng)可以根據(jù)實(shí)際情況自動(dòng)調(diào)節(jié)照明亮度和開(kāi)啟時(shí)間， 避免了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的誤判和誤操作，提高了節(jié)能控制的準(zhǔn)確性。 （2）基于車(chē)流的智能控制系統(tǒng)還能根據(jù)具體的車(chē)流情況，實(shí)現(xiàn)差異化的照明控制。 在高峰時(shí)段，隧道內(nèi)車(chē)流較為密集，為了保障行車(chē)安全和照明質(zhì)量， 系統(tǒng)可以調(diào)高照明亮度， 確保司機(jī)和行人的良好視覺(jué)環(huán)境。 而在低峰時(shí)段，車(chē)流較為稀少，系統(tǒng)可以降低照明亮度，以節(jié)省能源。 通過(guò)根據(jù)實(shí)時(shí)情況的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，智能控制系統(tǒng)能夠最大限度地滿(mǎn)足隧道內(nèi)不同情況下的照明需求， 實(shí)現(xiàn)節(jié)能效果的最大化。 此外，基于車(chē)流的智能控制系統(tǒng)還能結(jié)合其他因素進(jìn)行綜合控制。 例如，可以考慮與天氣狀況、時(shí)間等因素的綜合控制，進(jìn)一步優(yōu)化照明系統(tǒng)的節(jié)能效果。 當(dāng)外部光照較強(qiáng)時(shí)，系統(tǒng)可以自動(dòng)降低照明亮度，利用自然光進(jìn)行照明，減少能源消耗。 而在夜間或惡劣天氣下，系統(tǒng)可以自動(dòng)提高照明亮度，確保行車(chē)安全[3]。

3.4 太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的應(yīng)用

通過(guò)利用太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)為隧道照明和供配電提供可再生能源，可以大幅度減少對(duì)傳統(tǒng)電力的依賴(lài)，實(shí)現(xiàn)綠色能源的可持續(xù)利用。 （1）太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)可以為隧道照明提供獨(dú)立的能源來(lái)源。 通過(guò)在隧道或其周?chē)暮线m位置安裝光伏電池板，可以將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能。 這些電能可以直接供給照明設(shè)備使用，減少對(duì)傳統(tǒng)電力的需求。 由于隧道照明需要持續(xù)的電力供應(yīng)， 太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)可以通過(guò)儲(chǔ)能設(shè)備將多余的電能儲(chǔ)存起來(lái)，以應(yīng)對(duì)夜間或陰天等太陽(yáng)能不足的情況，確保隧道照明的連續(xù)運(yùn)行。 （2）太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)也可以為隧道的供配電系統(tǒng)提供可再生能源支持。 隧道內(nèi)的設(shè)備和系統(tǒng)（如通風(fēng)系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等）對(duì)電力的需求量較大，而太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)可以通過(guò)并網(wǎng)或獨(dú)立運(yùn)行的方式為這些設(shè)備提供電力。 通過(guò)合理的設(shè)計(jì)和規(guī)劃，將太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電力的雙重供應(yīng)，提高供電的可靠性和穩(wěn)定性。（3）太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的應(yīng)用還可以實(shí)現(xiàn)能源的多元化和分散化。傳統(tǒng)的電力供應(yīng)主要依賴(lài)于中央電網(wǎng)，存在供電不穩(wěn)定、電力傳輸損耗大等問(wèn)題。而太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)可以在隧道附近建設(shè)獨(dú)立的光伏電站，實(shí)現(xiàn)能源供應(yīng)的分散化。 這樣不僅可以降低對(duì)電網(wǎng)的依賴(lài)，還能夠?qū)㈦娔艿膿p耗降至最低，提高能源利用效率。

4 結(jié)語(yǔ)

高速公路隧道照明和供配電的節(jié)能是保護(hù)環(huán)境和資源的重要舉措。 通過(guò)合理設(shè)計(jì)照明系統(tǒng)、使用高效能的照明設(shè)備、采用智能控制策略以及優(yōu)化供配電系統(tǒng)等措施， 可以降低能源消耗、減少環(huán)境污染。 此外，創(chuàng)新的節(jié)能思考，如照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化、新型照明設(shè)備的應(yīng)用、基于車(chē)流的智能控制和太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)的應(yīng)用，也能進(jìn)一步提高節(jié)能效果。 這些技術(shù)和思路的應(yīng)用將有助于實(shí)現(xiàn)高速公路隧道照明和供配電的節(jié)能目標(biāo)，為可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。