云南省高速公路隧道运营期节能措施效果分析

刘志岗，马 聪，黄毓承，王龙健，冯 阳，马晶玮，王艺霏

（1.云南省交通科学研究院有限公司，云南 昆明650011；2.长安大学运输工程学院，陕西 西安710064）

“十二五”以来，特别是“十三五”“十四五”期间云南省高速公路建设里程、通车里程均大幅上升，实现量和质的突变，呈蓬勃发展态势，但受限于云贵高原山多平原面积少这一特殊地形条件，云南省在建高速公路隧道占比较大，而山区高速公路隧道运营能耗一般占高速公路运营期能耗达60%以上，是典型的“耗能大户”。因此，研究采用节能技术、措施及设备以降低隧道能耗具有重要意义。

1 能耗影响因素

高速公路隧道运营期能耗水平影响因素较为复杂，运营期能耗水平影响因素如表1 所示。

表1 影响高速公路运营期能耗水平的具体因素

2 能耗计算方法

高速公路隧道耗能设备有照明、通风、控制等3 大类设备，本文重点研究隧道照明节能。高速公路隧道主要消耗电能，消防用水忽略不计，采用分类指标法进行计算：

式（1）中：QT为项目运营期隧道一年所消耗的电能，kW·h；qi为第i类耗能设备的数量，个或台；wi为第i类耗能设备的功率，W/个或W/台；ti为第i类耗能设备平均一天的运行时间，h；i为隧道监控、照明、通风等系统中耗能设备的类型数。

3 隧道照明节能效果分析

3.1 LED 灯、LVD 灯替换高压钠灯

以云南省已运营的2 座隧道为例，对照明节能措施效果进行分析。

隧道1 单洞总长为2 052 m，采用LED 隧道照明灯替换原高压钠灯。隧道2 单洞总长为2 177 m，采用LVD 隧道照明灯替换原高压钠灯。

3.1.1 改造前后隧道耗能对比分析

对隧道改造前后各7 d 的固定工况的能耗进行了检测，并进行了数据对比分析。

进行对比分析的参数主要有2 个，分别是改造前后隧道内照明灯具配置功率对比、改造前后隧道内照明灯具在固定工况下实测用电量对比。

3.1.1.1 改造前后隧道内照明灯具配置功率对比

灯具配置功率对比情况如表2 所示。

表2 改造前后隧道内照明灯具功率对比

隧道1 照明灯具改造前高压钠灯装机功率为134.90 kW，改造后LED 灯的装机功率为55.06 kW，与改造前相比装机功率降低了79.84 kW，降低了59.18%。

隧道2 照明灯具改造前高压钠灯装机功率为153.70 kW；改造后LVD 灯的装机功率为72.32 kW，与改造前相比装机功率降低了81.38 kW，降低了52.95%。

3.1.1.2 改造前后隧道照明在固定工况下实测用电量对比

本次进行的是对改造前后隧道照明在固定工况下用电量的实地检测。由于隧道照明回路无单独的用电计量表，所测用电量为整个隧道（含后勤）的用电数量。

固定工况为08：00—20：00 隧道照明灯具全部开启，20：00 至次日08：00 灯具仅开启应急照明及基本照明。抄表时间为08：00 和20：00，检测周期为7 d。

实测用电量对比情况如表3 所示。

表3 改造前后隧道实测用电量对比

比较结果显示，改造后在上述固定工况的情况下，隧道1应用LED 新型节能灯具替代高压钠灯用电量降低62.17%，隧道2 应用LVD 新型节能灯具替代高压钠灯用电量降低48.28%。

隧道1 和隧道2 在照明改造后，亮度和照度检测均合格，说明改造后的隧道照明既达到了节能的目的，又符合隧道照明亮度和照度的达标要求。隧道1 和隧道2 改造后亮度和照度检测结果如表4 和表5 所示。

表4 隧道1 亮度检测结果（单位：cd/m2）

3.1.2 结论

通过数据对比结果表明：①在正常工作状况下，长度为1 000 m 左右的隧道使用LED、LVD 灯具，可节约用电量50%左右。采用绿色照明技术替代传统高压钠灯，节能效果明显，如在建设期间就考虑将LED、LVD 灯具作为隧道照明灯具，电缆铺设费用还可降低，其使用效果将更加明显。②LED 灯具节能效果略高于LVD 灯具。③通过隧道采用绿色照明LED、LVD 技术的应用研究，可指导解决节约公路建设成本和运营成本、充分利用云南省地域资源、减少环境污染、解决边远地区电力资源贫乏等问题。

表5 隧道2 亮度检测结果（单位：cd/m2）

3.2 隧道照明智能控制技术节能分析

以已运营2 座隧道为例，分析照明智能控制技术节能效果。通过对比分析，隧道3 通过实施照明智能控制技术，每日白天节能80.43 kW·h，每日夜间节能50.49 kW·h，每日总节能130.92 kW·h，节能率为7.58%。隧道4 通过实施照明智能控制技术，改造前每日耗能747.4 kW·h，改造后每日耗能735.3 kW·h，每日总节能12.1 kW·h，节能率为1.62%。隧道3 和隧道4 具体能耗统计如表6 和表7 所示。

通过对比表6 和表7 可以发现，安装照明智能控制装置后具有一定的节能效果，而且安装洞外亮度检测器比不安装洞外亮度检测器的节能率高出5.96%。

表6 隧道3 照明智能控制技术能耗检测统计表

表6 （续）

表7 隧道4 照明智能控制技术能耗检测统计表

4 结论

以云南省高速公路已运营隧道为例，分析影响隧道耗能因素，采用国内先进节能技术、措施以及节能设备对传统隧道灯具、控制方式进行改造，通过数据记录、整理、分析，验证节能措施的有效性并量化节能效果，对云南省高速公路隧道运营期节能减排管理、节能技术改造具有重要的指导意义。