蔡彬峰

（浙江數(shù)智交院科技股份有限公司，杭州 310030）

1 高速公路隧道照明和供配電的能源消耗現(xiàn)狀

高速公路隧道照明和供配電系統(tǒng)的能源消耗現(xiàn)狀是一個值得關注的問題。 目前，傳統(tǒng)的熒光燈和高壓鈉燈等照明設備仍然被廣泛應用于隧道照明。 這些傳統(tǒng)照明設備的能效較低，能源利用率不高，存在明顯的能源浪費現(xiàn)象。 相對于LED 照明等先進技術， 傳統(tǒng)的照明設備在能源轉化效率上存在較大的差距。 （1）傳統(tǒng)熒光燈和高壓鈉燈等照明設備的能效較低，大部分輸入能量轉化為熱量而非光能，導致能源浪費。 這種能源浪費不僅對環(huán)境造成負面影響， 還增加了能源成本和運營成本[1]。 （2）隧道照明系統(tǒng)通常需要保持24 h 不間斷運行，導致了能源消耗的持續(xù)性和高強度。 在供配電系統(tǒng)方面，存在能源損耗和電力浪費的問題。 電纜線路過長、電纜截面積不合理等因素導致電力傳輸過程中產(chǎn)生能量損耗和熱量損耗。 傳輸損耗不僅導致能源的浪費，還可能引發(fā)電力線路過熱、設備損壞等安全隱患。 （3）供配電系統(tǒng)中使用的變壓器等設備的能效水平也不盡相同，存在一定程度的能源損耗。 總的來說，高速公路隧道照明和供配電系統(tǒng)的能源消耗現(xiàn)狀表現(xiàn)出能效低、能源浪費等問題。 為了提高能源利用效率、降低能源消耗和環(huán)境影響， 需要采取一系列的節(jié)能措施和技術創(chuàng)新來優(yōu)化隧道照明和供配電系統(tǒng)。

2 節(jié)能技術和實踐分析

2.1 LED照明技術

LED 照明技術是目前節(jié)能照明領域的先進技術之一。 發(fā)光二極管（Light-Emitting Diode，LED）照明具有許多優(yōu)點，成為替代傳統(tǒng)照明設備的理想選擇。 （1）LED 具有高效能特性。相較于傳統(tǒng)的熒光燈和高壓鈉燈，LED 的能效更高。 LED 燈泡能夠將電能轉化為光能的效率較高，因此相同亮度下，LED所消耗的能量更少，能夠顯著降低照明能耗。 （2）LED 照明具有長壽命的特點。 傳統(tǒng)照明設備的壽命較短，需要頻繁更換，而LED 燈泡的壽命可以達到數(shù)萬小時，甚至更長。 這意味著在隧道照明中使用LED 燈泡可以減小維護和更換的頻率，降低維護成本和人力投入。 （3）LED 照明具有可調節(jié)亮度的優(yōu)勢。 通過控制電流的大小，LED 的亮度可以靈活調節(jié)，以滿足隧道內不同照明需求。 在高峰時段可以增加亮度，提供良好的照明效果，而在低峰時段則可以降低亮度，節(jié)約能源。 這種可調節(jié)亮度的特性為隧道照明的智能控制提供了便利。

2.2 智能控制系統(tǒng)

智能控制系統(tǒng)可以根據(jù)實際需要調整照明亮度和開啟時間，避免能源浪費。 系統(tǒng)可以利用光感應器、紅外傳感器等設備來實現(xiàn)自動調節(jié)。 光感應器可以感知到隧道內的光線強度，根據(jù)光照變化調整照明亮度。 紅外傳感器則可以檢測到行人和車輛的存在，根據(jù)人流車流量來控制照明的開啟與關閉。 智能控制系統(tǒng)的優(yōu)勢在于能夠根據(jù)實時情況進行靈活的照明調節(jié)。 在光線較暗、人流車流量較大的情況下，系統(tǒng)可以自動提高照明亮度，確保行車和行人的安全；在光線較亮、人流車流量較小時，系統(tǒng)可以降低照明亮度，以節(jié)約能源。

2.3 光管天窗技術

光管天窗技術可以通過光導纖維將室外的自然光傳輸?shù)剿淼纼炔?，減少對人工照明的需求。 光管天窗可以安裝在隧道頂部或側壁， 利用鏡面反射和光傳導原理將陽光引導到隧道內部。 光管天窗技術有幾個顯著的優(yōu)勢：（1）它能夠充分利用自然光資源，減少人工照明的使用。 通過合理設計和布置，光管天窗可以使隧道內部獲得充足的自然光， 提供良好的照明效果，同時降低能源消耗。 （2）光管天窗技術還可以減少熱量的產(chǎn)生。 傳統(tǒng)照明設備（如熒光燈、高壓鈉燈等）在工作時會產(chǎn)生一定的熱量，導致能源浪費和隧道內部溫度上升。 而光管天窗不會產(chǎn)生熱量，可以減少隧道內部的熱量積聚，提供更為舒適的照明環(huán)境。（3）光管天窗技術還可以降低隧道維護成本。傳統(tǒng)照明設備需要定期更換燈泡和維護， 而光管天窗的光導纖維具有較長的使用壽命，維護成本較低。 （4）光管天窗的安裝和維護也相對簡單，不會對隧道的正常運營造成較大影響。

2.4 供配電系統(tǒng)優(yōu)化

通過合理布局電纜線路、選擇低損耗的電纜材料、采用高效變壓器等措施，可以提高供配電系統(tǒng)的能效。 （1）優(yōu)化電纜線路的布局可以減少電力傳輸損耗。 在設計隧道供配電系統(tǒng)時，應合理選擇電纜的截面積和長度，減小電力傳輸時的電阻和損耗。 此外，應避免電纜過長或過密布置，以減少電纜線路中的電力損耗和熱損耗。 （2）選擇低損耗的電纜材料也是供配電系統(tǒng)優(yōu)化的關鍵。 使用低電阻、低介質損耗的電纜材料可以減少電纜本身的能耗。 例如，采用銅質導線而非鋁質導線，可以減少導線的電阻損耗。 （3）采用高效變壓器可以提高供配電系統(tǒng)的能效。 變壓器是電力傳輸和分配的重要設備，通過將電壓從高壓轉換為低壓供給照明設備和其他電氣設備。 使用高效的變壓器可以減少能源的損耗和浪費， 提高整個供配電系統(tǒng)的能效。

3 創(chuàng)新的節(jié)能思考

3.1 照明系統(tǒng)設計優(yōu)化

通過合理的光學設計、反射材料的選擇和照明設備的布局等手段，可以有效提高照明效果，降低能源浪費。 （1）在照明系統(tǒng)的光學設計上，需要充分考慮隧道內部的光線分布和照度要求。 通過對隧道幾何形狀、車流量、車速等因素的分析，可以確定照明燈具的位置、數(shù)量和布局。 合理的燈具布局可以保證隧道內的照明均勻，避免出現(xiàn)明暗交替的情況，提高司機的視覺舒適度。（2）在照明系統(tǒng)的反射材料選擇上，應選擇具有良好反射性能的材料。反射材料的選擇直接影響到光的利用率和照度均勻性。 例如，高反射率的反射板材料可以將照明光線有效地反射回隧道內部，減少能量損失。 還可以選擇具有抗腐蝕和耐高溫特性的材料，以保證照明系統(tǒng)的長期穩(wěn)定性和可靠性。 在照明設備的選擇上，應優(yōu)先選擇高效能的照明設備。 傳統(tǒng)的熒光燈和高壓鈉燈相比，LED 照明具有更高的能效和壽命，可以使能源利用效率達到更高水平。 LED 照明具有快速啟動、可調節(jié)亮度和長壽命等優(yōu)點， 且能夠在寬溫度范圍內正常工作，因此， 把傳統(tǒng)照明設備逐步替換為LED 照明是提高隧道照明系統(tǒng)效能的有效途徑。（3）在照明系統(tǒng)的維護和管理上，定期進行燈具清潔和故障檢修，確保照明設備的正常運行。 燈具清潔可以避免灰塵和污染物的積累，保證照明效果；故障檢修可以及時修復損壞的燈具，保證整個照明系統(tǒng)的正常運行。

3.2 新型照明設備的應用

隨著科技的進步， 新型照明設備的應用對于高速公路隧道照明節(jié)能具有重要意義。 其中，有機發(fā)光二極管（OLED）等新型照明技術引人注目。 相較于傳統(tǒng)的熒光燈和LED 照明，OLED 具有獨特的優(yōu)勢，如更高的能效、更好的環(huán)保性能和更廣泛的應用前景。 （1）OLED 照明具有更高的能效。 傳統(tǒng)熒光燈和LED 照明在轉換電能為光能時存在能量損耗， 而OLED是一種自發(fā)光設備，可以直接將電能轉化為光能，減少能量的浪費，且能效較高，能夠在更低的功率下提供相同亮度的照明效果，因此，可以降低能源消耗，實現(xiàn)節(jié)能目標。 （2）OLED 照明具有更好的環(huán)保性能[2]。 OLED 采用有機材料作為發(fā)光層，相比傳統(tǒng)熒光燈和LED 照明所使用的無機材料，有機材料更易于分解和回收。 此外，OLED 照明不含汞等有害物質，減少了對環(huán)境的污染。 這種環(huán)保性能使得OLED 照明成為可持續(xù)發(fā)展的重要選擇。 （3）OLED 還具有靈活性和可設計性的優(yōu)勢。 OLED 可以采用薄膜形式制作，非常薄、柔軟，因此，可以用于制作曲面照明設備，如彎曲的隧道墻壁或頂棚，提供更加均勻和舒適的照明效果。 （4）OLED 具有自發(fā)光特性，可以實現(xiàn)高對比度、鮮艷的顏色和寬廣的色域，為隧道提供更加清晰和舒適的照明體驗。 然而，需要指出的是，目前OLED 照明技術在實際應用中還面臨一些挑戰(zhàn)。 例如，OLED 的制造成本較高，導致產(chǎn)品價格相對較高，限制了其大規(guī)模應用普及。 此外，OLED 的壽命和穩(wěn)定性仍然需要進一步改進和提高， 以滿足長期穩(wěn)定運行的需求。

3.3 基于車流的智能控制

傳統(tǒng)的光感應器和紅外傳感器雖然可以根據(jù)光線變化和運動檢測來控制照明設備的開關， 但無法針對實際的車流情況進行精確的調節(jié)。 而基于車流的智能控制系統(tǒng)通過安裝攝像頭和圖像識別技術， 能夠實時監(jiān)測隧道內的人流和車流情況，從而更準確地調控照明系統(tǒng)。 （1）通過攝像頭捕捉隧道內部的畫面。 智能控制系統(tǒng)可以實時獲取車流的信息，借助圖像識別技術，系統(tǒng)能夠對圖像進行處理和分析，精確地識別和統(tǒng)計隧道內的車流量。 這樣，系統(tǒng)可以根據(jù)實際情況自動調節(jié)照明亮度和開啟時間， 避免了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的誤判和誤操作，提高了節(jié)能控制的準確性。 （2）基于車流的智能控制系統(tǒng)還能根據(jù)具體的車流情況，實現(xiàn)差異化的照明控制。 在高峰時段，隧道內車流較為密集，為了保障行車安全和照明質量， 系統(tǒng)可以調高照明亮度， 確保司機和行人的良好視覺環(huán)境。 而在低峰時段，車流較為稀少，系統(tǒng)可以降低照明亮度，以節(jié)省能源。 通過根據(jù)實時情況的動態(tài)調節(jié)，智能控制系統(tǒng)能夠最大限度地滿足隧道內不同情況下的照明需求， 實現(xiàn)節(jié)能效果的最大化。 此外，基于車流的智能控制系統(tǒng)還能結合其他因素進行綜合控制。 例如，可以考慮與天氣狀況、時間等因素的綜合控制，進一步優(yōu)化照明系統(tǒng)的節(jié)能效果。 當外部光照較強時，系統(tǒng)可以自動降低照明亮度，利用自然光進行照明，減少能源消耗。 而在夜間或惡劣天氣下，系統(tǒng)可以自動提高照明亮度，確保行車安全[3]。

3.4 太陽能光伏系統(tǒng)的應用

通過利用太陽能光伏系統(tǒng)為隧道照明和供配電提供可再生能源，可以大幅度減少對傳統(tǒng)電力的依賴，實現(xiàn)綠色能源的可持續(xù)利用。 （1）太陽能光伏系統(tǒng)可以為隧道照明提供獨立的能源來源。 通過在隧道或其周圍的合適位置安裝光伏電池板，可以將太陽能轉化為電能。 這些電能可以直接供給照明設備使用，減少對傳統(tǒng)電力的需求。 由于隧道照明需要持續(xù)的電力供應， 太陽能光伏系統(tǒng)可以通過儲能設備將多余的電能儲存起來，以應對夜間或陰天等太陽能不足的情況，確保隧道照明的連續(xù)運行。 （2）太陽能光伏系統(tǒng)也可以為隧道的供配電系統(tǒng)提供可再生能源支持。 隧道內的設備和系統(tǒng)（如通風系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等）對電力的需求量較大，而太陽能光伏系統(tǒng)可以通過并網(wǎng)或獨立運行的方式為這些設備提供電力。 通過合理的設計和規(guī)劃，將太陽能光伏系統(tǒng)與傳統(tǒng)電力系統(tǒng)相結合，可以實現(xiàn)對電力的雙重供應，提高供電的可靠性和穩(wěn)定性。（3）太陽能光伏系統(tǒng)的應用還可以實現(xiàn)能源的多元化和分散化。傳統(tǒng)的電力供應主要依賴于中央電網(wǎng)，存在供電不穩(wěn)定、電力傳輸損耗大等問題。而太陽能光伏系統(tǒng)可以在隧道附近建設獨立的光伏電站，實現(xiàn)能源供應的分散化。 這樣不僅可以降低對電網(wǎng)的依賴，還能夠將電能的損耗降至最低，提高能源利用效率。

4 結語

高速公路隧道照明和供配電的節(jié)能是保護環(huán)境和資源的重要舉措。 通過合理設計照明系統(tǒng)、使用高效能的照明設備、采用智能控制策略以及優(yōu)化供配電系統(tǒng)等措施， 可以降低能源消耗、減少環(huán)境污染。 此外，創(chuàng)新的節(jié)能思考，如照明系統(tǒng)設計優(yōu)化、新型照明設備的應用、基于車流的智能控制和太陽能光伏系統(tǒng)的應用，也能進一步提高節(jié)能效果。 這些技術和思路的應用將有助于實現(xiàn)高速公路隧道照明和供配電的節(jié)能目標，為可持續(xù)發(fā)展做出貢獻。