高速公路隧道照明及供配电节能思考

蔡彬峰

（浙江数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电的能源消耗现状

高速公路隧道照明和供配电系统的能源消耗现状是一个值得关注的问题。 目前，传统的荧光灯和高压钠灯等照明设备仍然被广泛应用于隧道照明。 这些传统照明设备的能效较低，能源利用率不高，存在明显的能源浪费现象。 相对于LED 照明等先进技术， 传统的照明设备在能源转化效率上存在较大的差距。 （1）传统荧光灯和高压钠灯等照明设备的能效较低，大部分输入能量转化为热量而非光能，导致能源浪费。 这种能源浪费不仅对环境造成负面影响， 还增加了能源成本和运营成本[1]。 （2）隧道照明系统通常需要保持24 h 不间断运行，导致了能源消耗的持续性和高强度。 在供配电系统方面，存在能源损耗和电力浪费的问题。 电缆线路过长、电缆截面积不合理等因素导致电力传输过程中产生能量损耗和热量损耗。 传输损耗不仅导致能源的浪费，还可能引发电力线路过热、设备损坏等安全隐患。 （3）供配电系统中使用的变压器等设备的能效水平也不尽相同，存在一定程度的能源损耗。 总的来说，高速公路隧道照明和供配电系统的能源消耗现状表现出能效低、能源浪费等问题。 为了提高能源利用效率、降低能源消耗和环境影响， 需要采取一系列的节能措施和技术创新来优化隧道照明和供配电系统。

2 节能技术和实践分析

2.1 LED照明技术

LED 照明技术是目前节能照明领域的先进技术之一。 发光二极管（Light-Emitting Diode，LED）照明具有许多优点，成为替代传统照明设备的理想选择。 （1）LED 具有高效能特性。相较于传统的荧光灯和高压钠灯，LED 的能效更高。 LED 灯泡能够将电能转化为光能的效率较高，因此相同亮度下，LED所消耗的能量更少，能够显著降低照明能耗。 （2）LED 照明具有长寿命的特点。 传统照明设备的寿命较短，需要频繁更换，而LED 灯泡的寿命可以达到数万小时，甚至更长。 这意味着在隧道照明中使用LED 灯泡可以减小维护和更换的频率，降低维护成本和人力投入。 （3）LED 照明具有可调节亮度的优势。 通过控制电流的大小，LED 的亮度可以灵活调节，以满足隧道内不同照明需求。 在高峰时段可以增加亮度，提供良好的照明效果，而在低峰时段则可以降低亮度，节约能源。 这种可调节亮度的特性为隧道照明的智能控制提供了便利。

2.2 智能控制系统

智能控制系统可以根据实际需要调整照明亮度和开启时间，避免能源浪费。 系统可以利用光感应器、红外传感器等设备来实现自动调节。 光感应器可以感知到隧道内的光线强度，根据光照变化调整照明亮度。 红外传感器则可以检测到行人和车辆的存在，根据人流车流量来控制照明的开启与关闭。 智能控制系统的优势在于能够根据实时情况进行灵活的照明调节。 在光线较暗、人流车流量较大的情况下，系统可以自动提高照明亮度，确保行车和行人的安全；在光线较亮、人流车流量较小时，系统可以降低照明亮度，以节约能源。

2.3 光管天窗技术

光管天窗技术可以通过光导纤维将室外的自然光传输到隧道内部，减少对人工照明的需求。 光管天窗可以安装在隧道顶部或侧壁， 利用镜面反射和光传导原理将阳光引导到隧道内部。 光管天窗技术有几个显著的优势：（1）它能够充分利用自然光资源，减少人工照明的使用。 通过合理设计和布置，光管天窗可以使隧道内部获得充足的自然光， 提供良好的照明效果，同时降低能源消耗。 （2）光管天窗技术还可以减少热量的产生。 传统照明设备（如荧光灯、高压钠灯等）在工作时会产生一定的热量，导致能源浪费和隧道内部温度上升。 而光管天窗不会产生热量，可以减少隧道内部的热量积聚，提供更为舒适的照明环境。（3）光管天窗技术还可以降低隧道维护成本。传统照明设备需要定期更换灯泡和维护， 而光管天窗的光导纤维具有较长的使用寿命，维护成本较低。 （4）光管天窗的安装和维护也相对简单，不会对隧道的正常运营造成较大影响。

2.4 供配电系统优化

通过合理布局电缆线路、选择低损耗的电缆材料、采用高效变压器等措施，可以提高供配电系统的能效。 （1）优化电缆线路的布局可以减少电力传输损耗。 在设计隧道供配电系统时，应合理选择电缆的截面积和长度，减小电力传输时的电阻和损耗。 此外，应避免电缆过长或过密布置，以减少电缆线路中的电力损耗和热损耗。 （2）选择低损耗的电缆材料也是供配电系统优化的关键。 使用低电阻、低介质损耗的电缆材料可以减少电缆本身的能耗。 例如，采用铜质导线而非铝质导线，可以减少导线的电阻损耗。 （3）采用高效变压器可以提高供配电系统的能效。 变压器是电力传输和分配的重要设备，通过将电压从高压转换为低压供给照明设备和其他电气设备。 使用高效的变压器可以减少能源的损耗和浪费， 提高整个供配电系统的能效。

3 创新的节能思考

3.1 照明系统设计优化

通过合理的光学设计、反射材料的选择和照明设备的布局等手段，可以有效提高照明效果，降低能源浪费。 （1）在照明系统的光学设计上，需要充分考虑隧道内部的光线分布和照度要求。 通过对隧道几何形状、车流量、车速等因素的分析，可以确定照明灯具的位置、数量和布局。 合理的灯具布局可以保证隧道内的照明均匀，避免出现明暗交替的情况，提高司机的视觉舒适度。（2）在照明系统的反射材料选择上，应选择具有良好反射性能的材料。反射材料的选择直接影响到光的利用率和照度均匀性。 例如，高反射率的反射板材料可以将照明光线有效地反射回隧道内部，减少能量损失。 还可以选择具有抗腐蚀和耐高温特性的材料，以保证照明系统的长期稳定性和可靠性。 在照明设备的选择上，应优先选择高效能的照明设备。 传统的荧光灯和高压钠灯相比，LED 照明具有更高的能效和寿命，可以使能源利用效率达到更高水平。 LED 照明具有快速启动、可调节亮度和长寿命等优点， 且能够在宽温度范围内正常工作，因此， 把传统照明设备逐步替换为LED 照明是提高隧道照明系统效能的有效途径。（3）在照明系统的维护和管理上，定期进行灯具清洁和故障检修，确保照明设备的正常运行。 灯具清洁可以避免灰尘和污染物的积累，保证照明效果；故障检修可以及时修复损坏的灯具，保证整个照明系统的正常运行。

3.2 新型照明设备的应用

随着科技的进步， 新型照明设备的应用对于高速公路隧道照明节能具有重要意义。 其中，有机发光二极管（OLED）等新型照明技术引人注目。 相较于传统的荧光灯和LED 照明，OLED 具有独特的优势，如更高的能效、更好的环保性能和更广泛的应用前景。 （1）OLED 照明具有更高的能效。 传统荧光灯和LED 照明在转换电能为光能时存在能量损耗， 而OLED是一种自发光设备，可以直接将电能转化为光能，减少能量的浪费，且能效较高，能够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，实现节能目标。 （2）OLED 照明具有更好的环保性能[2]。 OLED 采用有机材料作为发光层，相比传统荧光灯和LED 照明所使用的无机材料，有机材料更易于分解和回收。 此外，OLED 照明不含汞等有害物质，减少了对环境的污染。 这种环保性能使得OLED 照明成为可持续发展的重要选择。 （3）OLED 还具有灵活性和可设计性的优势。 OLED 可以采用薄膜形式制作，非常薄、柔软，因此，可以用于制作曲面照明设备，如弯曲的隧道墙壁或顶棚，提供更加均匀和舒适的照明效果。 （4）OLED 具有自发光特性，可以实现高对比度、鲜艳的颜色和宽广的色域，为隧道提供更加清晰和舒适的照明体验。 然而，需要指出的是，目前OLED 照明技术在实际应用中还面临一些挑战。 例如，OLED 的制造成本较高，导致产品价格相对较高，限制了其大规模应用普及。 此外，OLED 的寿命和稳定性仍然需要进一步改进和提高， 以满足长期稳定运行的需求。

3.3 基于车流的智能控制

传统的光感应器和红外传感器虽然可以根据光线变化和运动检测来控制照明设备的开关， 但无法针对实际的车流情况进行精确的调节。 而基于车流的智能控制系统通过安装摄像头和图像识别技术， 能够实时监测隧道内的人流和车流情况，从而更准确地调控照明系统。 （1）通过摄像头捕捉隧道内部的画面。 智能控制系统可以实时获取车流的信息，借助图像识别技术，系统能够对图像进行处理和分析，精确地识别和统计隧道内的车流量。 这样，系统可以根据实际情况自动调节照明亮度和开启时间， 避免了传统控制系统中可能出现的误判和误操作，提高了节能控制的准确性。 （2）基于车流的智能控制系统还能根据具体的车流情况，实现差异化的照明控制。 在高峰时段，隧道内车流较为密集，为了保障行车安全和照明质量， 系统可以调高照明亮度， 确保司机和行人的良好视觉环境。 而在低峰时段，车流较为稀少，系统可以降低照明亮度，以节省能源。 通过根据实时情况的动态调节，智能控制系统能够最大限度地满足隧道内不同情况下的照明需求， 实现节能效果的最大化。 此外，基于车流的智能控制系统还能结合其他因素进行综合控制。 例如，可以考虑与天气状况、时间等因素的综合控制，进一步优化照明系统的节能效果。 当外部光照较强时，系统可以自动降低照明亮度，利用自然光进行照明，减少能源消耗。 而在夜间或恶劣天气下，系统可以自动提高照明亮度，确保行车安全[3]。

3.4 太阳能光伏系统的应用

通过利用太阳能光伏系统为隧道照明和供配电提供可再生能源，可以大幅度减少对传统电力的依赖，实现绿色能源的可持续利用。 （1）太阳能光伏系统可以为隧道照明提供独立的能源来源。 通过在隧道或其周围的合适位置安装光伏电池板，可以将太阳能转化为电能。 这些电能可以直接供给照明设备使用，减少对传统电力的需求。 由于隧道照明需要持续的电力供应， 太阳能光伏系统可以通过储能设备将多余的电能储存起来，以应对夜间或阴天等太阳能不足的情况，确保隧道照明的连续运行。 （2）太阳能光伏系统也可以为隧道的供配电系统提供可再生能源支持。 隧道内的设备和系统（如通风系统、监控系统等）对电力的需求量较大，而太阳能光伏系统可以通过并网或独立运行的方式为这些设备提供电力。 通过合理的设计和规划，将太阳能光伏系统与传统电力系统相结合，可以实现对电力的双重供应，提高供电的可靠性和稳定性。（3）太阳能光伏系统的应用还可以实现能源的多元化和分散化。传统的电力供应主要依赖于中央电网，存在供电不稳定、电力传输损耗大等问题。而太阳能光伏系统可以在隧道附近建设独立的光伏电站，实现能源供应的分散化。 这样不仅可以降低对电网的依赖，还能够将电能的损耗降至最低，提高能源利用效率。

4 结语

高速公路隧道照明和供配电的节能是保护环境和资源的重要举措。 通过合理设计照明系统、使用高效能的照明设备、采用智能控制策略以及优化供配电系统等措施， 可以降低能源消耗、减少环境污染。 此外，创新的节能思考，如照明系统设计优化、新型照明设备的应用、基于车流的智能控制和太阳能光伏系统的应用，也能进一步提高节能效果。 这些技术和思路的应用将有助于实现高速公路隧道照明和供配电的节能目标，为可持续发展做出贡献。