秦 鵬

(山東高速股份有限公司濰日運(yùn)管中心，山東 日照 262300)

1 研究背景

高速公路隧道會(huì)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(xiàn)強(qiáng)度均勻合適。而隧道的長(zhǎng)期照明則對(duì)電能有較大的消耗，電費(fèi)支出在運(yùn)營(yíng)單位的支出中占很大比例，而這有悖于當(dāng)前國(guó)家“十四五規(guī)劃”中的節(jié)能減排計(jì)劃。并且當(dāng)車(chē)輛行至隧道時(shí)，駕駛員極易因隧道內(nèi)外的亮度差問(wèn)題而產(chǎn)生炫光效應(yīng)和黑洞效應(yīng)，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(yùn)營(yíng)時(shí)，若隨著道路車(chē)流量變化而采取只打開(kāi)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(lái)降低能源消耗，就與隧道照明系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初衷相悖，也不利于保障隧道內(nèi)的行車(chē)安全，因此要在滿(mǎn)足隧道中對(duì)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(fèi)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(xiàng)重要任務(wù)，擺在更加突出的戰(zhàn)略位置。

圖1 2020年大甕山隧道支出費(fèi)用

當(dāng)前，濰日大甕山隧道電能浪費(fèi)的原因可能主要有以下幾點(diǎn)。

(1)隧道照明的亮度“供過(guò)于求”，在設(shè)計(jì)隧道照明系統(tǒng)時(shí)，既要考慮不同季節(jié)和各類(lèi)天氣情況下洞口的亮度問(wèn)題，也要考慮車(chē)速等問(wèn)題，故設(shè)計(jì)隧道照明時(shí)會(huì)采用極端條件下的數(shù)據(jù)，而這就造成了供過(guò)于求，資源浪費(fèi)[2]。

(2)變壓器的“小馬拉大車(chē)”現(xiàn)象突出，變壓器負(fù)載率過(guò)低，不僅會(huì)造成電力資源的極大浪費(fèi)，也造成運(yùn)營(yíng)期間費(fèi)用偏高。從環(huán)保效益、經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益來(lái)說(shuō)都不符合“可持續(xù)發(fā)展”的理念[3]。

(3)未及時(shí)根據(jù)隧道周?chē)捎谔鞖狻⒓竟?jié)變化造成的光照亮度變化適度調(diào)整照明時(shí)間。冬季日照時(shí)間短，夏季日照時(shí)間長(zhǎng)，陰雨天氣，晴天天氣等對(duì)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(kāi)啟時(shí)間，可以有效避免資源浪費(fèi)。

3 中長(zhǎng)型隧道節(jié)電方案分析

3.1 隧道照明亮度過(guò)高造成電源浪費(fèi)

隧道照明的分區(qū)設(shè)置是為了滿(mǎn)足駕駛員在隧道行駛過(guò)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、適應(yīng)段、基本段和出口段照明，按照不同的區(qū)域設(shè)置不通的光照亮度。大甕山隧道是雙向四車(chē)道的高速公路，隧道設(shè)計(jì)車(chē)速為120 km/h，隧道路面凈寬度9.5 m，洞內(nèi)路面為瀝青復(fù)合式路面。根據(jù)《公路隧道照明設(shè)計(jì)細(xì)則》(JTG/T D70/2-01—2014)，對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)車(chē)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(chē)流量根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)，車(chē)道交通量約為每車(chē)道572輛/h，經(jīng)計(jì)算得出中間段亮度為4.5 cd/m2，根據(jù)《公路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范(JTG/T D70/2-01—2014)》中得出設(shè)計(jì)時(shí)速為120 km/h時(shí)，中間段亮度可按100 km/h對(duì)應(yīng)亮度取值。所以中間段亮度為4.5 cd/m2。因此結(jié)合設(shè)計(jì)車(chē)速、隧道斷面、交通量、洞外亮度等參數(shù)，綜合計(jì)算出隧道照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)表1所示

表1 隧道照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)表

而實(shí)際上，隧道內(nèi)部亮度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)亮度，實(shí)際隧道內(nèi)亮度如表2，過(guò)高的亮度即意味著過(guò)高的能源損耗，在不影響隧道交通的情況下，適當(dāng)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(duì)表

由實(shí)地測(cè)量可知，大甕山隧道目前實(shí)際照明亮度遠(yuǎn)超過(guò)設(shè)計(jì)亮度，造成了資源的浪費(fèi)。

3.2 變壓器負(fù)載率過(guò)低造成電能浪費(fèi)

為大甕山隧道設(shè)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(shè)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(biāo)志1.3 km等，總功率約為200 kW，則變壓器的負(fù)載率約為28.86%，而變壓器的長(zhǎng)期負(fù)載率是額定容量的50%～70%左右時(shí)最合適，在這種條件下，損耗電能最小。而實(shí)際情況下，大甕山的變壓器負(fù)載率約為30%，造成了極大的資源浪費(fèi)。

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(gè)光照度傳感器，兩臺(tái)同時(shí)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(chē)流輛更改隧道照明亮度：隧道交通量大時(shí)，增加照明亮度；隧道交通量小時(shí)，降低照明亮度，在不與隧道照明設(shè)計(jì)理念相悖的情況下，合理節(jié)能。

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

(4)保證電路暢通，維護(hù)隧道配電設(shè)備：在隧道日常運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，定期巡檢隧道機(jī)電設(shè)備，確保電路暢通，保證隧道處于良好通行環(huán)境，與廠(chǎng)家、維保公司等單位密切聯(lián)系，定期對(duì)配電設(shè)備進(jìn)行全面的保養(yǎng)和維護(hù)，合理科學(xué)的保證隧道運(yùn)營(yíng)。

3.4 效果檢驗(yàn)

經(jīng)過(guò)兩個(gè)月的測(cè)試，隧道2021年1～2月用電量與2020年同期相比下降約4%，電費(fèi)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(yǔ)

中國(guó)高速公路發(fā)展迅速，隨之而來(lái)的資源浪費(fèi)問(wèn)題也日益浮現(xiàn)。目前隧道依舊存在照明能耗浪費(fèi)問(wèn)題，電源損耗是運(yùn)營(yíng)單位的額外負(fù)擔(dān)，也與國(guó)家大力倡導(dǎo)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(duì)象，針對(duì)該隧道照明存在的問(wèn)題及電能浪費(fèi)原因，從合理改變隧道亮度，加強(qiáng)隧道日常管理等方面提出幾點(diǎn)建議，緩解隧道照明的耗能浪費(fèi)問(wèn)題，希望可以對(duì)高速公路的可持續(xù)發(fā)展起積極促進(jìn)作用。