安科瑞 陳聰

前言

雙碳數(shù)字化能源管理對高速公路來說是個(gè)新鮮事。今年的經(jīng)濟(jì)工作會(huì)議提出：將“做好碳達(dá)峰、碳中和工作”作為2021年的主要任務(wù)之一，而我國高速公路里程15.5萬公里，對能源的需求與日俱增，碳排放量增速明顯。高速公路雙碳數(shù)字化能源管理，就是利用智慧能源管理系統(tǒng)，將高速公路的所有場景納入檢測范圍內(nèi)，通過管理實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。

關(guān)鍵字：高速公路、隧道照明、節(jié)能、能耗監(jiān)測

1、隧道照明節(jié)能的必要性

常言道“日落西山，華燈初上”，通常的照明的能耗都是集中發(fā)生在夜間。但是有一些照明應(yīng)用的場景是全天24小時(shí)都耗能的，而隧道照明就是其中之一。甚至由于高速公路隧道照明的特殊性，為避免日間的“黑洞效應(yīng)”，白天的照明能耗會(huì)高于夜間的，晴天的會(huì)高于陰雨天的。

隧道的長期照明對電能有較大的消耗，隧道的電費(fèi)支出在運(yùn)營單位的日常開支中占比非常高。根據(jù)某高速隧道管理運(yùn)營單位的統(tǒng)計(jì)，電費(fèi)支出在日常隧道運(yùn)維開支中的占比高達(dá)85%。

所以，通過技術(shù)與管理手段來提高隧道照明的能效，對于節(jié)能減排、降低隧道運(yùn)營成本，早日實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)具有不可估量的價(jià)值。

2、節(jié)能與安全之間的平衡

今天我們討論隧道照明的節(jié)能議題，但是在討論這個(gè)議題前有一個(gè)基礎(chǔ)的前提不能不提。隧道照明的基本要求是確保隧道內(nèi)部的光線強(qiáng)度均勻合適，從而保障高速公路隧道交通的安全。所以不能以犧牲隧道內(nèi)交通通行的安全性或干擾交通的便利性為代價(jià)來提升照明的節(jié)能效果。 

3、隧道照明節(jié)能的技術(shù)路線與措施

隨著新材料、新技術(shù)的發(fā)展，目前隧道照明的節(jié)能主要手段有以下這些：

A）光源替換

隧道照明節(jié)能簡單直接的方法就是燈具（光源）的更換。過去隧道內(nèi)照明主要采用高壓鈉燈作為光源，具有能效低、壽命短、無法靈活調(diào)節(jié)輸出等缺點(diǎn)。近些年隨著LED照明技術(shù)的推廣，新的高光效LED在保證同樣照度輸出的前提下可以提升50%以上的節(jié)能效果。

B）采用可調(diào)光照明系統(tǒng)，解決隧道照明亮度過高造成的能源浪費(fèi)

為了滿足駕駛員在隧道行駛過程中的明適應(yīng)和暗適應(yīng)反應(yīng)，故隧道照明按照不同的區(qū)段可劃分為引入段（入口段）、適應(yīng)端（過渡段）、基本段和出口段照明，按照不同的區(qū)域設(shè)置不同的光照亮度。根據(jù)《公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則》（JTG/T D70/2 - 01-2014）的規(guī)定設(shè)計(jì)時(shí)速120km/h的高速公路，其隧道中間段可按100km/h對應(yīng)亮度取值。以下為某隧道的設(shè)計(jì)亮度值與實(shí)測亮度的對照表

由此可見，在沒有調(diào)光系統(tǒng)的情況下隧道絕大部分的實(shí)際亮度都遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)亮度，如果我們采用可調(diào)光燈具和隧道調(diào)光控制系統(tǒng)，通過調(diào)光的技術(shù)手段將洞內(nèi)亮度調(diào)節(jié)到剛好滿足設(shè)計(jì)亮度的水平，就可以在不影響照明效果和交通安全性的前提下進(jìn)一步為我們帶來可觀的節(jié)能收益。

C）通過綜合能耗分析，實(shí)現(xiàn)照明節(jié)能的有序、精細(xì)化管理

隧道照明能耗占比很高，但是究竟有多高，什么時(shí)候高？夏季高還是冬季高？哪些區(qū)域哪些分段高？本月與上月的環(huán)比如何？與去年的同比又如何？照明能耗與交通量相對照的曲線數(shù)據(jù)如何？

以上這些問題，絕大部分隧道管理養(yǎng)護(hù)單位都無從回答。由于缺少具體統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的支撐，就沒有抓手來進(jìn)一步深化節(jié)能措施。對于已經(jīng)采取的節(jié)能手段也無法評估其效用。

通過精細(xì)化的綜合能效采集與分析，我們可以掌握每一個(gè)區(qū)段、每一個(gè)回路的實(shí)時(shí)與歷史用能細(xì)節(jié)數(shù)據(jù)，配合隧道內(nèi)現(xiàn)場大量的傳感器設(shè)備（車流量傳感器、照度傳感器、溫濕度傳感器）。我們就好比有了CT機(jī)的醫(yī)生，可以一眼望盡所有隧道照明能耗的細(xì)枝末節(jié)，了解每一份電能的實(shí)際去向，了解哪里還有很大的提升與改進(jìn)余地，該往哪里投資。

4、AcrelEMS高速公路微電網(wǎng)能效管理平臺(tái)與智能照明解決方案智慧點(diǎn)亮隧道

Acrel高速公路綜合解決方案對高速公路沿線變電站內(nèi)的高低壓配電設(shè)備 、 發(fā)電機(jī)、變壓器 、UPS、EPS 、外場照明 、 隧道內(nèi)的變壓器與照明 、通風(fēng)及排水等機(jī)電設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)分布式監(jiān)控和集中管理 , 實(shí)現(xiàn)無人值守 , 確保高速公路安全通暢, 提高 自動(dòng)化管理水平 , 降低機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)成本 。

高速公路綜合解決方案包括隧道變電所、服務(wù)區(qū)變電所、收費(fèi)站變電所、沿線箱式變電站、互通樞紐等區(qū)域的電力綜合監(jiān)控。

4.1 照明開關(guān)驅(qū)動(dòng)器

ASL220Z系列開關(guān)驅(qū)動(dòng)器(以下簡稱模塊)，是安科瑞ALIBUS智能照明控制系統(tǒng)的控制模塊。該模塊和其他模塊（諸如智能面板、傳感器等）連接到一起，組成一套完整的控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)大型工程照明系統(tǒng)的智能控制。

該整機(jī)作為驅(qū)動(dòng)模塊，直接控制負(fù)載電源的通斷,實(shí)現(xiàn)多種控制功能，如：開關(guān)功能、電流檢測、故障報(bào)警、延時(shí)功能、場景控制、閾值功能等。

4.2 隧道照明管理與綜合能耗分析系統(tǒng)

智能照明控制

對隧道的敞開段、入口段、過渡段、基本段、出口段、管廊與逃生通道的照明進(jìn)行管理，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)手動(dòng)控制，定時(shí)控制，通過傳感器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。

照明能耗分析

實(shí)現(xiàn)隧道照明的能耗數(shù)據(jù)化、數(shù)據(jù)可視化、節(jié)能指標(biāo)化

5、總結(jié)

目前全國仍有900多個(gè)縣沒有國道覆蓋，有18個(gè)新增的城鎮(zhèn)人口超過20萬的城市和29個(gè)地級行政中心未實(shí)現(xiàn)與國家高速公路網(wǎng)相連。根據(jù)《國家公路網(wǎng)規(guī)劃（2013年-2030年）》，國家高速公路將新建2.5萬至3.3萬公里。加速綠色交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)對我國碳達(dá)峰、碳中和戰(zhàn)略具有重要意義。