淺析風(fēng)光互補(bǔ)路燈

一、前言

路燈是城市、鄉(xiāng)村、公路、高速公路、橋梁等公用設(shè)施所必備的照明設(shè)備。由于其采用的低壓輸電網(wǎng)絡(luò)線路長，布線及埋設(shè)復(fù)雜且施工量大，消耗土地資源及占用空間較大，是各級財(cái)政部門一項(xiàng)較大的支出。并且維護(hù)及巡線耗費(fèi)大量人力與物力，即便如此也不能保證設(shè)備完好率達(dá)到90%以上，另外電力供應(yīng)緊張?jiān)斐稍O(shè)備不能運(yùn)行的問題日趨突出！因此尋求一種節(jié)能、環(huán)保、自動化程度較高的照明設(shè)備已是當(dāng)務(wù)之急！深圳六合新能源科技發(fā)展有限公司針對現(xiàn)有低壓輸電路燈設(shè)備所存在的大量問題研發(fā)的NEWHOPE風(fēng)光互補(bǔ)路燈系統(tǒng)正是最好的解決方案。

二、建設(shè)風(fēng)光互補(bǔ)路燈的意義

1、社會效益

據(jù)調(diào)查，到2005年，我國共計(jì)安裝路燈1200萬盞，電費(fèi)達(dá)500億元以上，經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源需求的增加，能源的供需矛盾突出，全國的用電負(fù)荷的增加使的不少地區(qū)出現(xiàn)不同程度的拉閘限電，嚴(yán)重阻礙了社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，路燈作為用電大戶與城市建設(shè)之間的取舍始終是困擾各級政府的一個關(guān)鍵問題。

據(jù)英國有關(guān)專家統(tǒng)計(jì)，在有路燈的地段，交通事故平均降低30%，搶劫等犯罪行為降低70%。

采用清潔能源的風(fēng)光互補(bǔ)路燈系統(tǒng)，可以減少大量的能源消耗，減輕由于常規(guī)能源的生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的空氣污染，美化我們的城市和鄉(xiāng)村，同時也能向國民進(jìn)行新能源利用和生態(tài)環(huán)保知識的直觀教育。向世界宣傳我中華民族崇尚環(huán)保，重視節(jié)能和自主創(chuàng)新的理念。

2、經(jīng)濟(jì)效益

下面是風(fēng)光互補(bǔ)路燈與電網(wǎng)路燈的效益比較：

比較的條件：假設(shè)某路段照明工程為10km,燈桿間距設(shè)計(jì)為25m,燈桿的高度8m,路兩面豎燈桿，每個燈桿裝一盞燈，則工程共需燈具10x1000/30x2=800盞，以5年的期限進(jìn)行計(jì)算效益。

一、電網(wǎng)路燈建設(shè)投入

工程建設(shè)階段的早期投資

（1）鋪設(shè)線管工程費(fèi)用

―――暫無相關(guān)費(fèi)用資料，

（2）燈具費(fèi)用

使用350瓦高壓鈉燈燈具費(fèi)用市場價格約為600-1200元，平均按照1000元/盞計(jì)算：

此項(xiàng)費(fèi)用合計(jì)：1000元/盞×800盞=80萬元

 （3）變壓器費(fèi)用

按照道路照明常規(guī)設(shè)計(jì)，變器供電半徑選擇750m，變壓器供電范圍內(nèi)燈具總功率為：

1500m÷25m/根×2×0.35kw/盞×1.2=50.4kw

根據(jù)《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》的要求，從供電可靠性和節(jié)省能源的角度出發(fā)，采用10KV配電線路上接道路照明專用變壓器供電為宜。其最佳負(fù)載系數(shù)可選擇為額定容量的70——80%，因此選擇150KVA的箱式變壓器，全線共需要6臺，每臺箱變設(shè)備及安裝費(fèi)用按15萬元計(jì)算。

此項(xiàng)費(fèi)用合計(jì)：15萬元/臺×6臺=90萬元。

（4）電纜費(fèi)用

采用高壓鈉燈由于消耗功率大，需要采用YJV224×70+1×35電纜，所需電纜總長為10Km×2×11.5=23Km（1.15為燈桿電纜預(yù)留系數(shù)），該型號電纜市場價格按照280.00元/米計(jì)算。

此項(xiàng)費(fèi)用合計(jì)：

280元/m×23Km×1000÷10000=644萬元。

2、道路使用階段費(fèi)用

（1）用電費(fèi)用

該路段路燈照明按照每天工作11小時計(jì)算，電費(fèi)按照0.8元/度計(jì)算。

每盞燈每天用電費(fèi)用為：

0.35Kw×1.2×11h×0.8元 /Kwh=3.69元

（注：1.2為鈉燈鎮(zhèn)流器功耗系數(shù)）

該工程所有路燈5年用電費(fèi)用總計(jì)為：

3、69元×800盞×365天×5年=538.74萬元

（2）維護(hù)費(fèi)用

高壓鈉燈的維護(hù)費(fèi)用主要指更換燈管時產(chǎn)生的費(fèi)用，該部分費(fèi)用包括購買燈管的費(fèi)用和更換時設(shè)備及人力費(fèi)用。高壓鈉燈的燈管實(shí)際使用壽命為4000小時左右，如果考慮電壓波動對燈管壽命的影響，按照使用5年計(jì)算，則需要更換5只燈管。

購買燈管為1000元/只，更換費(fèi)用為180元/次，該工程所有路燈5年更換燈管費(fèi)用為：

（1000+180元）×5×800盞=472萬元

統(tǒng)計(jì)以上投入（未計(jì)鋪管道的投入）共計(jì)：1824.74萬元

同時，五年共耗電：0.35kwx1.2x800盞x365天x5年＝613.200度電。

而不管是燃煤發(fā)電還是燃油、燃?xì)獍l(fā)電，都會產(chǎn)生大量的CO2、SO2等有害物質(zhì)，造成環(huán)境污染，而且也消耗大量的不可再生的能源――煤、油、氣等資源。

風(fēng)光互補(bǔ)路燈建設(shè)的投入

（1）燈具費(fèi)用

使用100W大功率LED燈,市場價格4000元，此項(xiàng)費(fèi)用為：

4000元/盞X800=320萬元

因100W的LED路燈的亮度相當(dāng)于350W的高壓鈉燈。

（2）風(fēng)能發(fā)電機(jī)：3700元/臺，此項(xiàng)費(fèi)用為：

3700元/臺X800盞＝296萬元

（3）太陽能板：每盞燈配以個100W或150W的太陽能板，此項(xiàng)費(fèi)用為：

100Wx33元/Wx800=264萬元

150Wx33元/Wx800=396萬元。

（4）儲能電池及控制器：4000元/套

4000元/套x800x2=640萬

由于是采用風(fēng)光互補(bǔ)及LED路燈,省去了挖電網(wǎng)溝及建變壓器的費(fèi)用，最關(guān)鍵是它不需接市電，它是利用可再生能源――風(fēng)能、太陽能來照明。

統(tǒng)計(jì)以上的投入（一次性）共計(jì)：1652萬元。

綜合以上的資料，除未計(jì)算燈桿成本及安裝費(fèi)用外，我們可以看出，安裝電網(wǎng)的工程費(fèi)為814萬元，而裝風(fēng)光互補(bǔ)路燈要一次性投入1652萬元，但風(fēng)光互補(bǔ)路燈是一次投入，長期收益而且維護(hù)費(fèi)用極小，而安裝電網(wǎng)工程，首次投入小，但施工期長，維護(hù)費(fèi)用高，消耗大量的不可再生的能源。

三，    資源條件分析：

我國幅員遼闊，海岸線長，風(fēng)能資源比較豐富。據(jù)中國氣象科學(xué)研究院估算，全國平均風(fēng)功率密度為100W/m2，風(fēng)能資源總儲量約32.26億kW，可開發(fā)和利用的陸地上風(fēng)能儲量有2.53億kW（依據(jù)陸地上離地10m高度資料計(jì)算），  海上可開發(fā)和利用的風(fēng)能儲量有7.5億kW。

中國風(fēng)能資源主要分布在東南沿海及附近島嶼，新疆、內(nèi)蒙古和甘肅走廊、東北、西北、華北和青藏高原等部分地區(qū)，每年風(fēng)速在 3m /s 以上的時間近 4000小時左右，一些地區(qū)年平均風(fēng)速可達(dá)7m／s以上，具有很大的開發(fā)利用價值。我國面積廣大，地形地貌復(fù)雜，故而風(fēng)能資源狀況及分布特點(diǎn)隨地形、地理位置不同而有所不同，據(jù)此可將風(fēng)能資源劃分為四個區(qū)域。

（1）沿海及其島嶼地區(qū)風(fēng)能豐富帶

（2）北部（東北、華北、西北）地區(qū)風(fēng)能較豐富帶

（3）內(nèi)陸局部風(fēng)能豐富區(qū)

（4）海上風(fēng)能豐富區(qū)

其中（1）（2）（3）區(qū)域都是人口和城市密集地區(qū)。非常有利于推廣我們的風(fēng)光互補(bǔ)路燈系統(tǒng)。

四、風(fēng)光互補(bǔ)路燈設(shè)計(jì)方案

根據(jù)我國《城市道路照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（CJJ45-91）風(fēng)光互補(bǔ)路燈的配置方案可考慮如下：

1、配置方案

（1）路燈配置設(shè)計(jì)

采用節(jié)能70W 到100W LED路燈，一臺100W螺旋型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，兩片50W到75W 太陽能電池板，3只12V/100AH 風(fēng)光互補(bǔ)專用蓄電池，通過相關(guān)控制電路構(gòu)成一套獨(dú)立的風(fēng)光互補(bǔ)路燈系統(tǒng)，每天可亮燈超過11小時，即使連續(xù)無風(fēng)，無陽光的情況下，至少可以維持三到5晚的連續(xù)照明。

（2）配置清單

（3）發(fā)電量計(jì)算

年平均發(fā)電量計(jì)算：

以II類太陽能資源，年平均風(fēng)速為4.2m/s地區(qū)為例：

II類太陽能資源地區(qū)1KW太陽能電池板轉(zhuǎn)換太陽能輻射能量為5500~6500MJ/年，為安全計(jì)，取轉(zhuǎn)換太陽能輻射總量為5500MJ/年，配置的太陽能板的日均發(fā)電量應(yīng)為：

Q1=0.465KWH

考慮到所建公路路燈安裝點(diǎn)障礙物狀況的不確定性等，裝燈點(diǎn)的年平均風(fēng)速低估為4m/s，所配置的風(fēng)力發(fā)電機(jī)的日均發(fā)電量為：0.648KWH

風(fēng)光互補(bǔ)路燈配置的日發(fā)電量為：1.113KWH

對風(fēng)能最小的8月份驗(yàn)算系統(tǒng)發(fā)電量：

8月太陽輻射能量絕對大于6000MJ/m2 ,低估為6000MJ/m2,太陽能板的日均發(fā)電量應(yīng)為：

Q1=0.54KWH

8月的平均風(fēng)速為2.9M/S,風(fēng)力發(fā)電機(jī)的日均發(fā)電量應(yīng)為：

Q2=0.42KWH

風(fēng)光互補(bǔ)路燈配置的年均日發(fā)電量為：0.96KWH.

鑒于風(fēng)能太陽能的良好互補(bǔ)性,以年均資源換算而得的日均資源的可靠性良好,加之風(fēng)光資源的計(jì)算值均取低值,并各考慮了0.8的安全系數(shù),所得的日均發(fā)電量數(shù)據(jù)是安全可靠的。

（4）用電量計(jì)算

配置燈具為70W超級LED燈，以每晚亮燈10~12小時計(jì)算，燈具每天耗用電量為：0.7~0.84KWH。則系統(tǒng)年平均發(fā)電量為用電量的1.3倍,并且在風(fēng)力資源最低的8月份平均發(fā)電量也能保證在用電量的1.14倍,所以系統(tǒng)是可靠的。設(shè)計(jì)的配置方案能夠滿足路燈每天可靠亮燈10~12小時。

2、系統(tǒng)性能特點(diǎn)：

*智能充、放電控制，相對延長電池壽命

*工作模式：自動感光控制

*負(fù)載開路及短路保護(hù)，具備自恢復(fù)功能

*采用智能控制對LED燈進(jìn)行恒流限壓控制，具有過流，欠壓保護(hù)，開路短路保護(hù)，

*控制系統(tǒng)采用工業(yè)級器件，適應(yīng)高溫、寒冷、潮濕的工作環(huán)境，

*安裝、使用、維護(hù)方便。

五、路燈燈具布置設(shè)計(jì)

以30米寬的混凝土路面道路為例，假設(shè)該道路為次干路，車流較多，車速較快，則可選擇雙側(cè)對稱布置。燈具高度H=8.5米，間距S=25米，燈具懸挑長2米，則有效路寬為26米，根據(jù)國家照明標(biāo)準(zhǔn)要求，其照明平均照度Eav不低于5.6Lx，照度均勻度Emin/ Eav不小于0.35。

燈具采用超級LED路燈，功率為70W，其光通量為8000Lm，燈高8.5米道路平面等照度曲線為：

選用燈具道路平面照度曲線圖

根據(jù)城市路面比較清潔的情況，選用路燈利用系數(shù)U=0.32（國際照明委員會推薦0.3），維護(hù)系數(shù)K=0.8；則路面平均照度為：

Eav =U xфx N x K/W x S

=0.32 x8000 x1 x0.8/13 x25

=6.3Lx

根據(jù)燈具的等照度曲線圖可以得出其最小照度值Emin不小于3Lx則其平均均勻度為：

Emin/ Eav=3/6.3=0.47

所以該安裝方案路面平均照度Eav=6.3Lx

平均均勻度Emin/ Eav=0.47符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求。