路灯照明节能方案设计

路灯照明节能方案设计

陈元科

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摘要：路灯照明节能方案设计事关能源节约，能有效推动“碳中和、碳达峰”目标。现代路灯照明方案设计首先应顾及系统使用的必要性与合理性，有必要基于能源节约视角设计路灯照明方案。智能技术发展让路灯照明节能成为现实，而且节能效果比较突出，能进一步提升路灯照明系统的智能化水平。本文简要分析了城市路灯照明节能方案设计。

关键词：路灯照明系统；节能技术应用；能源节约

前言

统计数据表明，我国电力总能耗中，约有30%用于城市路灯照明，路灯照明的电能需求量大，能耗高，显著增加了财政压力，路灯照明节能技术应用刻不容缓，也势在必行。而节能方案设计事关路灯照明与社会经济发展、城市美化，必须统筹考虑。现代科技发展，特别是太阳能技术、LED技术让路灯照明节能成为可能。本文基于路灯节能概况、能耗分析角度进行分析，并提出应对方案，旨在促进我国城市路灯照明节能方案设计。

1路灯照明节能概述

基于环境保护需要，2020年9月中央政府明确提出“双碳”目标，即2030年“碳达峰”、2060年实现“碳中和”。碳达峰碳中和工作领导小组第一次全体会议于2021年5月26日在北京召开；全国碳市场也于当年7月16日正式开市，这也是中国政府发布实施的最有力的环境保护政策。

2006年，南京河西小区路灯总量为9763盏，日均耗电量为2.4度/盏，也就是说该小区每天用于路灯照明用电总量为23431.2度，如果以每度电0.6元价格计算，该小区路灯照明日均费用支出为14058.72元。截止2022年12月，浙江省东阳市（县级）主城区路灯总量为1.76万盏，全市路灯总量为2.5万盏，当地全年仅路灯照明节能改造一项即可节约财政资金900余万（数据来自当地政府官网）。数据表明，截止2015年末我国城市路灯总量已超过1亿盏，年均用电量为590亿度，年均电费支出为354亿元。

上述数据表明，我国路灯总量及其能耗量极为庞大，社会经济发展进程的节能效益显著，特别有助于环境保护，促进“双碳”目标实现[1]。因此，路灯照明节能已呈当务之急，刻不容缓。

2路灯能耗简析

现行道路照明设备——路灯主要以高压钠灯、高压汞灯及金属卤素灯为主体，补偿电容、触发设备、电感镇流设备等均属辅助装置，二者相互配合，实现道路照明需要，满足行人、车辆的交通需要。

包括线缆损耗在内，路灯及其辅助设备均需要电能支持才能完成设计与安装的使用需求，尤其是电感镇流设备的损耗更明显。究其原因，是因为这种设备电能损耗约占比20%，而且本身会在使用过程中出现电容值降低这一客观情况，加剧了电能损耗。路灯照明系统中的其它电能损耗包括以下方面：其一，夜间用电量增加，供电电压提高，加大了电感镇流设备输出功率，能源耗用会因此而增多；其二，光源自身功率损耗；其三，线缆自身电能损耗[2]。

综上，路灯照明节能方案设计应从电感镇流设备、线缆、光源等角度入手展开，以便保证方案设计的针对性。

3既有路灯节能策略

当前，国内路灯照明节能技术通常有以下几种：

（1）晶闸管相控斩波技术

从使用实践来看，晶闸管相控斩波路灯节能技术的优势表现在能分时段调整，电压调节可以在更短时间内完成，而且电压调节精度更高。但同样存在缺陷，例如功率因数不高，无论是输出电流还是输出电压，谐波现象都比较明显，而这种现象会显著影响、污染到高压电网，对城市整体规划建设不利。所以，城市道路照明无法采用，约束了这种技术的推广应用空间。

（2）自耦变压器调压技术

切换交流接触器、滑动电刷是自耦变压器调节节能技术的核心，旨在调节输出电压，实现输出电压控制，达到节能的目标。优势表现在：没有晶闸管相控斩波技术方面的谐波污染影响，而且夜间运行时，输出电压值会因电网电压升高而下降，这一属性可以有效延长光源的使用周期，电能损耗量也会因此而有明显下降。不足之处包括以下方面。其一，由于电路主回路中接有交流接触器，所以其电流值更高，会明显缩短使用周期，维护和更新频率加快，增加成本；其二，线圈表面有电刷不停的滑动，以此调节线圈电压，实现输出电压调节的目的，但这种方案会让电刷持续承受较大的电流，大电流易导致电刷上出现火花，电刷会因此而烧毁；其三，自耦调压设备本身同样需要消耗电能。

（3）半夜灯技术

半夜灯技术隶属铁路技术范畴。路灯照明节能技术很早即已引发各方关注，半夜灯技术也是路灯照明系统最早采用的节能技术。从应用上分析，这种技术尽管问世时间更早，但节能效果极突出。半夜灯技术实质上就是基于电能节约需要而在晚上11点时关闭部分路灯，其理论基础在于晚上11点后，路上行人、车辆极少，道路照明需求下降。半夜灯方案有两种，其一为隔盏关闭，其二为半侧整体关闭，前者的结果是路面光照不均衡，会出现斑马效应，即明暗度不统一；后者则容易导致道路双侧亮度不统一，增加安全风险。二者的共同缺陷是电网电压会因用电负载减少而增加，负载功能加大，电能浪费问题突出，光源使用周期缩短。

4路灯节能问题应对措施

（1）智能技术应用

现代科技发展持续催生了各种人工智能技术，这项科技成果正在越来越多的运用于各行各业，路灯照明节能即为其中之一。路灯照明智能控制系统通常由路灯控制设备、整体控制设备和中央控制室共同组成，优势比较突出。例如，对路灯照明进行定时控制，自动或人工开启路灯照明，批量管理区域性光源，管理单一光源，远程、异地控制光源，系统故障或运行异常时会自行发出报警信号，具备系统防破坏功能。

（2）优化配电网络

路灯照明系统通常由光源、辅助设备及线缆共同组成，特别是线缆通常需要长距离铺设，产生的电能损耗占比较高，线缆同时存在末端电压衰减现象，光源亮度会受末端电压衰减影响。基于此类现象规避需要，有必要优化配电网络，方法是选择线径较大线缆，以此在减小线缆电阻值的同时，加大荷载承受功能，同步降低线路压降、损耗，抑制线缆老化，降低电能损耗及成本支出。

（3）交流斩波调压

这种技术的本质在于高频斩波，优势表现在三方面，即输入输出滤波简单、线性调压范围更宽、动态响应而且速度更快，中小功率调压多采用此项技术来减少损耗，应用空间较广。

（4）注重镇流设备筛选

镇流设备是路灯照明系统中电能损耗的重点，有必要关注此类设备筛选。首先应选择功率可调节镇流器，这种方案能在后半夜改变镇流器电感量，提高电抗，实现光源电流下降目标，光源功率会因此而变小，光源功耗自然下降，二者的使用周期会明显延长。其次，选择电子镇流器。因为和电感镇流器相比，电子镇流器的优势更突出，例如功率恒定，损耗更低，光源使用周期明显延长；电压适应范围更大，运行电压通常为90～260伏，夜半时分光源电压升高问题会因此迎刃而解；节能效果突出，由于本身不存在功耗，所以线缆损耗控制效果突出，通常可以实现约30%节约效果。

结论

    路灯照明节能方案首先事关交通出行安全，其次也会影响城市美化与亮化效果。因此，路灯照明方案设计必须以整体视角入手进行统筹考虑。设备和技术差异要求路灯照明方案需要基于多技术支撑，联合应用多种技术。

参考文献

[1]王宴君.城市道路照明LED路灯的节能技术研究[J].黑龙江科学,2017,8(15):50-51.

[2]迟建清.城市路灯照明节能分析及节能方案[J].门窗,2017(03):37.