乌鲁木齐城市道路照明节能技术的应用

摘 要：随着社会进步与科学技术的不断发展，现在人们越来越关心我们赖以生存的地球，各国都在采取积极有效的措施改善环境，减少污染。这其中最为重要也是最为紧迫的问题就是能源问题，“从根本上解决能源问题，除了寻找新的能源，节能是关键的也是目前最直接有效的重要措施”.本文主要介绍我市道路照明节能技术的应用，所采取的三类节能措施，即城市照明设计节能、照明供电和控制节能在实际应用的可行性作一探讨。

关键词：道路照明 节能技术 照明器材 控制节能

2006年7月，建设部颁布《“十一五”城市绿色照明工程规划纲要》，提出以2005年为基数，城市照明每年节电5%、2006年至2010年累计节电25%的目标。这五年，是照明人坚持不懈地学习、研究新型节能技术，勇于创新、不断自我提高的五年。作为照明人，如何节约能耗，如何更有效的节能，是我们义不容辞的责任。而我们认为更重要的是如何对城市照明中的节能处理有一个正确的认识和对待，怎样结合城市道路照明的现状，因地制宜地开展多种节能措施，用严谨的治学态度、科学的精神实事求是地提出系统解决方案才是我们作为专业人员肩负的重任。

目前，照明节能措施大致分为三类：照明设计节能、照明器材节能、照明供电和控制节能。

一、照明设计节能

毫无疑问，照明设计是实现照明节能的核心环节，其设计质量的优劣对正确选用照明节能器材、应用和推广照明节能措施起着决定性作用。我们必须高度重视照明设计，遵照确保为车辆和行人创造良好的照明环境，提高道路交通安全性、方便人民生活的原则；严格按照城市道路照明的设计标准和照明能耗密度标准选择照明方式、进行设计和建设，以最少的能源消耗达到最优质的照明效果。

目前，城市照明设计中，变压器的负荷计算与容量确定存在的问题比较突出，城市照明行业对变压器的设置有贪多、贪大的倾向，很多变压器的实际负荷率仅为30%-40%,大马拉小车情况十分普遍。不考虑实际照明需要、盲目的安装大容量变压器，不但导致变压器空载损耗加重、更是对资源的浪费。要彻底杜绝这种情况，务必从源头上采取措施，在满足变压器设计冗余时，应合理设计变压器经济负荷率，尽量确保实际负荷不低于额定负荷的70%.当然，以最少的能源、资源消耗达到满足照明设计的最佳照明效果也是照明设计节能的灵魂所在。

二、照明器材节能

照明器材即光源、镇流器、灯具、灯杆及其它电气元件等。下文将结合乌鲁木齐实际情况，介绍节能型光源、节能型镇流器及风光互补型路灯的应用情况，分析和比较各种节能照明器材的节能效果与实际可行性。

（一）光源

1、高压钠灯

高压钠灯光源有光效高、寿命长，显色性也符合一般道路照明要求的特点，是机动车交通道路照明的首选光源，在全国得到了普遍推广和应用。据统计，截止到2009年年底，乌鲁木齐市城区共有路灯5万余盏，其中高压钠灯的应用率占87%.在乌鲁木齐市快速路、城市主次干道、支路全部更换、应用高压钠灯光源。

目前，另一种高光效、节能型暖白光高压钠灯作为普通高压钠灯的升级产品，有逐步替代高压钠灯的趋势。通过简单的照明技术改造，在同等光通量下，最多可节能13%,灯尺寸与普通钠灯相同，能够适配普通钠灯电器及变功率调光系统。节能型高压钠灯具有产品替换简单、方便、节能效果明显的特点，应提倡在城市照明领域大力推广。

2、节能灯、无极灯的应用比较

近年来，大功率节能灯、无极灯作为新型节能光源在城市道路照明中也有大量运用。但节能灯普遍存在的问题是：光衰较大，2000小时大于20%,功率因数不高，寿命短，低温启动慢。无极灯由于它没有常规电光源所必须的灯丝或电极，故名无极灯。工作频率2.5-3MHz,比普通白炽灯、日光灯等灯的工作频率50Hz高出5万-6万倍，具有节能、高亮度、无频闪等特点，具有很强的环境适应性，在环境温度零下40℃时，仍能正常启动。我们对雅玛里克山南北隧道进行了光源改造，用128支120w、88支150w、128支200w无极灯替换了原雅山隧道 116盏150w高压钠灯、228盏250w高压钠灯。

那么，能否将无极灯在城市照明领域中大面积推广呢？我们认为目前条件仍不够成熟。无极灯的激励源，功率耦合器工作在2.65MHZ的射频范围内，无论如何都会产生对外电磁辐射，我们假设功率为200W的无极灯电磁辐射功率为0.01%,它泄漏的电磁辐射功率就为20Mw.（20000μW）。根据《环境电磁波卫生标准》（GB9175-88）、《电磁辐射防护规定》（GB8702-88）等国家标准；《辐射环境保护导则-电磁辐射环境影响评价方法与标准》（HJ/T10.3-96）、《微波辐射生活区安全限制》（GB475-88）等标准，规定在连续长时间工作的环境中电磁辐射功率不能超过50μW/cm2.由此可知，在无极灯下长时间作业，人体承受的电磁辐射功率累计下来的是相当惊人的。所以无极灯，根据他寿命长的特点，应用范围是只适合于长期照明、高空、震动大、不便于维修和短时间工作的场所，而不适合在城市主次干道及居民区、人群密集和长时间活动的区域使用。

3、LED路灯应用情况

LED路灯有光源体积小，光色好，寿命长等特点，在我国研发的生产厂家很多，有一定的群起效应，近年来有向功能性照明领域拓展的趋势。LED路灯在城市道路照明中应用的效果怎样，是否适合大面积应用呢？2009年6月在明华街安装了四个厂家LED路灯产品，经过半年不间断地进行电气、照度、能耗等测试，结论如下：

（1）同功率LED与高压钠灯相比，测量路段的亮度偏低、光衰大、均匀度和纵向均匀度偏低。

（2）不同品牌的LED路灯灯下照度水平、照度均匀度差异较大，质量良莠不齐。

（3）LED路灯散热方案目前没有很好的解决方案，产品寿命不如高压钠灯。

（4）各厂家的LED产品可替代性差，这也是LED路灯在城市道路照明中应用的瓶颈。

如将LED灯在城市功能照明领域中大面积推广，前提是：LED路灯的设计应遵循现行道路照明规范、设立行业统一标准使产品规范化。而LED路灯想要超越传统路灯照明方式，须更进一步的提高光效、反光器的二次配光、寿命及低维护成本。

另一方面，LED光源相对传统光源具有更强的配光适应性、更强的控光适应性，更强的空间分布适应性，应当推荐在城市景观性照明领域广泛使用。

（二）镇流器

电子、电感型变功率镇流器技术已相当稳定和成熟；配合定时控制器使用，在夜间交通流量相对较低的时间段自动降低光源功率，普遍降低路面亮度（照度），节能效果明显。乌鲁木齐市还没有推广应用这种变功率镇流器的节能措施，但在国内其它地区已被广泛应用。目前，我们正进一步筹划和探索实现调光、可控的集中控制节能方式。

（三）风光互补型路灯

能源紧张的今天，具有天然、节能环保特点的风能和太阳能无疑是我们可利用的最好的能源，风光互补型路灯也应运而生。新疆地域广袤、风光资源丰富，风光互补型路灯在新疆具有良好的环境适应性，它以每盏路灯的太阳能板检测的照度为基准，实现路灯启闭的自动控制，也是目前国内大力推广应用的新型节能路灯，其发展前景可观。

但考虑到乌鲁木齐市区冬季漫长、空气污染重、光照条件差，市区内高楼林立，可利用的风能资源少等因素，风光互补型路灯不适合在乌鲁木齐城区街道照明中大规模使用。目前只是在乌鲁木齐市南山风景区（地处乌鲁木齐市郊，辖区内四季太阳能、风能资源充足）安装了风光互补型路灯用于道路照明。

三、照明供电、控制节能

（一）基于降压-调光技术的路灯节能器

城市道路照明用电存在一定的特殊性，一般在晚上零点后城市用电负荷减少，电网电压逐渐升高，从而造成光源电器使用寿命降低，照明设施的能耗增大。采用降压-调光节能器在深夜自动降低路灯光源功率，降低路面亮度，从而达到节能的目的，也是《城市道路照明设计标准》所推荐使用的一种节能措施。

我们选择照明负载三相均衡，照明线路设施完好的同一路段、同一地点，在路灯配电线路中安装降压-调光节能器，将节能器运行和未运行时的数据进行比较，分析如下：

1、从电度表测量的数据比较，降压调光节电器的确能够达到节能的目的。这种配电线路由于加装降压调光装置以后，相当于在电路中增加了一个大电感阻抗，须加装电容补偿装置，提高线路功率因数。依照《城市道路照明设计标准》中规定：采取节能措施后，气体放电灯线路的功率因数不应小于0.85.

2、后半夜，由于降低照明设备的供电电压，光输出也随之降低而减少，过大幅度的降压，导致路面亮度过低，影响驾驶员正常行驶。同时也导致末端电压过低，造成气体放电灯闪断，无法正常工作。

采用这种节能措施前，须实地测量和掌握线路电参数、慎重选择照明线路；并充分考虑道路功能类别、分析实际照明需求。如果照明供电半径较大的线路采取这种节能措施，可能出现未端电压不能满足光源所需正常维持电压，路灯出现闪断的现象。另外考虑到居民区道路本来照度就不高，在确保居民安全出行的前提下，即使再降压，节能效果也不是很明显。因此不宜用于居民区，但深夜车流量较少的城市主、次干道，非常适合运用这种节能措施。

（二）根据特定的地理环境，采取分时段开关路灯。

乌鲁木齐特殊的气候和特定的地理环境，使路灯照明也存在其特殊性。实事求是，因地制宜，是我们分析问题、解决问题之根本。充分考虑城市照明需求，细化路灯管理，进一步优化路灯监控方案、科学地启闭路灯照明是我们的解决方案。

乌鲁木齐市地形南高北低，市区南北狭长，东西较窄。城南较城北风大，冬半年采暖期长，雾气大，天气多阴沉，夏半年天气多晴朗。从市民来电、投诉分析，相对而言，冬半年城北的市民（上班族、学生）对傍晚路灯开灯时间的要求更为迫切，而夏半年城南的市民（晨练）对早晨路灯关闭时间的要求稍高一些。居住在乌鲁木齐的市民不难发现，冬半年采暖期以乌鲁木齐红山为界，城南城北路灯启闭时间段，光照度差别明显。经实地测量，因光照差别，南北开关灯时间相差约10分钟，不同的光照度在相同的时间启闭，其电费支出也是一笔可观的开销。

2010年10月，在城南人民路建成监控基站，设立照度采集点，并以此照度为依据，将城南、城北路灯设施分为两组，城南采集照度作为城南路灯启闭的依据，原长沙路监控中心采集照度作为城北路灯启闭的依据。如此一来即可同时满足城南城北居民不同的照明需求，实现人性化照明。同时也为将来市区面积不断扩大，监控区域随之不断扩大，提供了优秀的范例和实际解决方案。

（三）城市道路照明监控系统的升级与单灯控制方案

（1）城市道路照明监控系统的升级

选择合理的控制方式，采用具有可靠度高和一致性好的控制设备，科学有效地利用能源，进一步降低道路照明用电，也是一项重要的节能措施。我市早在2003年建设了路灯监控系统。一改原来由每条街道安装的时控器、光控器分时独立开关灯，开灯时间不统一的模式。实现全市统一光照度集中控制开关灯。由于第一代USSD通讯方式的监控系统暴露出现场实测数据与监控显示明显滞后的问题。2009年6月我们对整个监控系统软硬件进行了全面的升级改造，用先进的GPRS通讯方式替换了USSD通讯方式，目前路灯监控系统415个路灯监控实现一次终端开关灯操作仅需3分钟。到目前为止监控系统已建成2G、3G通用通信平台，同时配合系统的扩建，在原监控系统的基础上融入了照明设施的防盗报警系统、生产与管理系统以及设施维护车辆调度系统，系统的全面升级大幅地提高了乌鲁木齐市城市照明的综合管理水平。

（2）单灯控制方案

为更充分更有效地利用监控系统资源，我们尝试运用新产品、新技术，探索新型照明节能系统的解决方案。我们认为采用照明监控中心控制变功率镇流器的节能方案，是单灯变功率镇流器节能监控技术的新突破。

我们不妨将基于照明监控系统的单灯控制方案、单灯镇流器调光技术节能方案以及目前运行的照明集中监控系统方案进行比较：

综上所述，我们认为要做好城市照明系统的节能工作，还是要认真按照城市照明的实际需求，进行科学的照明规划和设计；并积极学习新技术、大胆尝试运用新型节能产品，综合提出系统解决方案。

另外，我们在选用节能产品时应结合城区道路照明的实际情况、注意分析比较节能效果和运行维护的费用，而不能盲目跟随潮流、简单选择产品。希望行业内的广大同仁能多学习，多交流，共同为中国城市照明事业的发展和节能环保做出贡献。