秦 鵬

(山東高速股份有限公司濰日運管中心，山東 日照 262300)

1 研究背景

高速公路隧道會經(jīng)常發(fā)生交通堵塞以及交通事故，保障高速公路隧道交通安全的重要途徑之一就是確保隧道內(nèi)部的光線強度均勻合適。而隧道的長期照明則對電能有較大的消耗，電費支出在運營單位的支出中占很大比例，而這有悖于當前國家“十四五規(guī)劃”中的節(jié)能減排計劃。并且當車輛行至隧道時，駕駛員極易因隧道內(nèi)外的亮度差問題而產(chǎn)生炫光效應和黑洞效應，不利于道路安全。故隧道照明節(jié)能的關(guān)鍵在于，在不干擾隧道內(nèi)交通通行的情況下，提高照明電能利用率。

2 隧道用電現(xiàn)狀

在日常運營時，若隨著道路車流量變化而采取只打開隧道基本照明燈或者采取關(guān)閉某幾路隧道照明燈等措施來降低能源消耗，就與隧道照明系統(tǒng)設計的初衷相悖，也不利于保障隧道內(nèi)的行車安全，因此要在滿足隧道中對照明需求的前提下，尋找合適的節(jié)能方法，合理利用資源，降低電能損耗[1]。從圖1可以看出，2020年度大甕山隧道的電費支出占總支出的85%以上，這就更需要把節(jié)能降耗工作作為一項重要任務，擺在更加突出的戰(zhàn)略位置。

圖1 2020年大甕山隧道支出費用

當前，濰日大甕山隧道電能浪費的原因可能主要有以下幾點。

(1)隧道照明的亮度“供過于求”，在設計隧道照明系統(tǒng)時，既要考慮不同季節(jié)和各類天氣情況下洞口的亮度問題，也要考慮車速等問題，故設計隧道照明時會采用極端條件下的數(shù)據(jù)，而這就造成了供過于求，資源浪費[2]。

(2)變壓器的“小馬拉大車”現(xiàn)象突出，變壓器負載率過低，不僅會造成電力資源的極大浪費，也造成運營期間費用偏高。從環(huán)保效益、經(jīng)濟效益、社會效益來說都不符合“可持續(xù)發(fā)展”的理念[3]。

(3)未及時根據(jù)隧道周圍由于天氣、季節(jié)變化造成的光照亮度變化適度調(diào)整照明時間。冬季日照時間短，夏季日照時間長，陰雨天氣，晴天天氣等對隧道內(nèi)的光照要求均不相同；根據(jù)不同天氣不同季節(jié)合理調(diào)節(jié)燈光亮度與開啟時間，可以有效避免資源浪費。

3 中長型隧道節(jié)電方案分析

3.1 隧道照明亮度過高造成電源浪費

隧道照明的分區(qū)設置是為了滿足駕駛員在隧道行駛過程中的明適應和暗適應反應，故隧道照明按照不同的區(qū)段可劃分為引入段、適應段、基本段和出口段照明，按照不同的區(qū)域設置不通的光照亮度。大甕山隧道是雙向四車道的高速公路，隧道設計車速為120 km/h，隧道路面凈寬度9.5 m，洞內(nèi)路面為瀝青復合式路面。根據(jù)《公路隧道照明設計細則》(JTG/T D70/2-01—2014)，對應設計車速120 km/h，天空面積百分比0，洞外環(huán)境為暗環(huán)境考慮，洞外亮度L20(s)取值3 500 cd/m2。濰日高速的車流量根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)，車道交通量約為每車道572輛/h，經(jīng)計算得出中間段亮度為4.5 cd/m2，根據(jù)《公路隧道設計規(guī)范(JTG/T D70/2-01—2014)》中得出設計時速為120 km/h時，中間段亮度可按100 km/h對應亮度取值。所以中間段亮度為4.5 cd/m2。因此結(jié)合設計車速、隧道斷面、交通量、洞外亮度等參數(shù)，綜合計算出隧道照明設計標準表1所示

表1 隧道照明設計標準表

而實際上，隧道內(nèi)部亮度要遠遠高于設計亮度，實際隧道內(nèi)亮度如表2，過高的亮度即意味著過高的能源損耗，在不影響隧道交通的情況下，適當調(diào)低燈具亮度可以很好的起到節(jié)能減排的作用。

表2 隧道照明比對表

由實地測量可知，大甕山隧道目前實際照明亮度遠超過設計亮度，造成了資源的浪費。

3.2 變壓器負載率過低造成電能浪費

為大甕山隧道設備供電使用的變壓器為630 kVA的干式變壓器，而大甕山隧道內(nèi)用電設施包括180 W的LED燈具768套，120 W的LED燈具176套，75 W的LED燈具298套，30W的LED燈具4套，消防泵房配電系統(tǒng)一套，隧道電光標志1.3 km等，總功率約為200 kW，則變壓器的負載率約為28.86%，而變壓器的長期負載率是額定容量的50%～70%左右時最合適，在這種條件下，損耗電能最小。而實際情況下，大甕山的變壓器負載率約為30%，造成了極大的資源浪費。

3.3 節(jié)電措施

(1)根據(jù)隧道口亮度變化調(diào)節(jié)隧道照明亮度?？稍谒淼赖娜肟谔幾笥覀?cè)各安裝一個光照度傳感器，兩臺同時工作，將數(shù)據(jù)傳輸至控制端，隧道管理人員將綜合根據(jù)傳感器獲取數(shù)據(jù)更改隧道照明亮度，提高電能利用效率。

(2)根據(jù)車流輛更改隧道照明亮度：隧道交通量大時，增加照明亮度；隧道交通量小時，降低照明亮度，在不與隧道照明設計理念相悖的情況下，合理節(jié)能。

(3)根據(jù)季節(jié)控制開燈時間：在夏季時，晝長夜短，而在冬季時，晝短夜長；結(jié)合季節(jié)天氣控制開燈時間，可以有效避免電能浪費。

(4)保證電路暢通，維護隧道配電設備：在隧道日常運營過程中，定期巡檢隧道機電設備，確保電路暢通，保證隧道處于良好通行環(huán)境，與廠家、維保公司等單位密切聯(lián)系，定期對配電設備進行全面的保養(yǎng)和維護，合理科學的保證隧道運營。

3.4 效果檢驗

經(jīng)過兩個月的測試，隧道2021年1～2月用電量與2020年同期相比下降約4%，電費下降約5%，提出的節(jié)電措施起到了較為理想的效果。

4 結(jié) 語

中國高速公路發(fā)展迅速，隨之而來的資源浪費問題也日益浮現(xiàn)。目前隧道依舊存在照明能耗浪費問題，電源損耗是運營單位的額外負擔，也與國家大力倡導的節(jié)能減排理念相違背[4]。本文以濰日高速公路上的大甕山隧道為研究對象，針對該隧道照明存在的問題及電能浪費原因，從合理改變隧道亮度，加強隧道日常管理等方面提出幾點建議，緩解隧道照明的耗能浪費問題，希望可以對高速公路的可持續(xù)發(fā)展起積極促進作用。