科技创新
科研成果
科研动态
获奖项目
最新资讯
科研成果

首页 > 科技创新 > 科研成果

公路隧道太阳能照明系统研究
发布:admin 发布时间:2016-06-29 浏览次数:2652



一、立项背景

    本项目属云南省科技厅科技计划项目,研究期限2005年~2010年。项目针对西部公路中小隧道照明系统的配套资金和运营成本等问题,结合西部地区中小隧道建设、运营特点,充分利用西部广大地区丰富、可再生和清洁的太阳能资源,进行西部地区中小隧道太阳能照明系统研究,研发适用于中小隧道太阳能照明系统相关产品,为我国西部地区中小隧道照明系统的太阳能应用技术提供技术支撑,为我国公路事业可持续发展战略的实施提供可靠的技术保障。

    我国西部大部分地区属于山岭重丘地区。因此西部公路的建设,战线较长,投入资金总量较大,隧道或隧道群较多。大型隧道由于其重要性较高,配套项目较多,通风、监控、照明、消防设施也比较完善,需要辅设专线输入电力。但中小隧道由于其长度较短,相对引入电力的成本较高。从另一个角度来看,交通量较少的高速公路一旦开通交付运营,又会出现较高的运营成本问题。我国西部地区却蕴藏着丰富的太阳能资源,如能综合利用太阳能资源,解决公路隧道照明的能源问题以及减轻电网配套资金和运营成本问题,必将为我国西部战略提供了有力的技术支持。

二、研究目的

本项目针对中小隧道照明系统的太阳能应用技术进行研究,主要目的如下:

    (一)针对西部隧道自然地理、环境条件和经济条件,以及隧道照明的特点与要求,对利用太阳能技术解决隧道照明系统的问题进行研究,提出科学合理、经济可靠的解决方案,改善西部地区公路交通的安全运行状况,体现公路建设“以人为本”、“安全第一”的指导方针。

    (二)集成成熟的太阳能电源和低功耗发光器件技术,以及照明系统新材料新技术,并使之应用于隧道照明系统;充分融合多学科的技术成果,研究利用自动控制领域的产品、技术与方法的中小隧道太阳能照明系统节能控制技术,为公路事业的发展提供更好、更先进的技术保障。

    (三)系统的编制太阳能隧道照明系统研究报告,设计及施工指南,为隧道太阳能系统的推广与应用提供系统、专业化的技术支持。

    (四)通过本项目的研究和示范依托工程,以及与西部地区交通部门的合作,带动西部地方经济发展,加快西部交通建设,培养西部地区交通科技和管理人才,同时也为太阳能隧道照明系统在全国太阳能资源丰富的地区的推广起到示范和指导作用。

三、主要研究内容

    本项目结合云南省中小隧道照明系统需求、云南省太阳能资源分布状况及构成特点,结合当前隧道照明系统相关设计规范以及依托工程实际,将项目研究内容分为公路隧道太阳能照明系统基本照明、隧道洞口加强照明、应急、引导照明和其它辅助手段等几个部分,具体内容如下:

    (一)公路隧道太阳能照明系统适用条件与合理配置方案研究

    基于对西部广大地区公路隧道的规划、建设情况和自然条件调研以及对太阳能光伏转换技术领域的产品以及照明节能技术的产品进行调查、整理和分类,分析总结太阳能隧道照明系统的适用条件。研究太阳能照明系统的适宜条件研究,包括环境适应,空间配置、设备维护及防盗措施条件等;分析太阳能系统的接受、转换和储备环节的能源消耗最优方案,讨论实体工程实施中,造价、可靠性、环境适应性、后期技术支持等。

    (二)公路隧道太阳能应急照明子系统研究

    公路隧道太阳能应急照明子系统是在隧道内发生火灾和事故等紧急情况时后备使用的单元,在基本照明系统失效的情况下提供应急照明以及对隧道应急设备及关联的紧急出口和其它逃生通道的指示引导性有源标志提供电源。

    (三)公路隧道太阳能引导照明子系统研究

    公路隧道太阳能引导照明子系统是在照明设施会发生许多意外的故障等情况时洞壁两侧设置的两条有源连续主动发光线。

    (四)公路隧道太阳能基本照明子系统研究

    本项目针对公路隧道太阳能基本照明系统的特点,从“节能”角度出发,研究了公路隧道太阳能照明车道有效占用PLC控制技术;分析了隧道节能控制系统地感车道检测器的设置位置,研发了耐启动冲击性能的隧道LED节能灯具。

    (五)公路隧道口太阳能加强照明子系统研究

    公路隧道洞口加强照明子系统是为解决隧道进、出洞口的“黑洞”和“白洞”效应而设置的补充照明系统。

    (六)隧道太阳能照明系统适宜性研究

    结合依托工程,项目研究了隧道太阳能照明系统的适宜性,主要包括不同外界照度条件下,洞内各节点的照度、色温等物理性能适宜性;重交通条件下的烟雾等适宜性以及驾驶人群适宜性,为公路隧道太阳能照明系统的推广及应用提供技术支撑。

    (七)辅助工程措施研究

    为了更为合理地解决公路隧道进出口的“黑洞”和“白洞”问题,本项目同时兼顾高速公路的隧道工程,将与依托工程设计施工单位联合研究隧道进出口采光问题,将隧道洞口扩建成喇叭口形状,进一步加大洞口阳光入射总量,并进行了喇叭口的开度适应性等辅助工程措施研究。

四、取得的主要成果

    项目经过6年多的刻苦攻关,以云南省高速公路中小隧道为依托,针对西部公路中小隧道照明系统的配套资金和运营成本等问题,结合西部地区中小隧道建设、运营特点,进行了西部地区中小隧道太阳能照明系统研究,圆满完成了项目合同中规定的研究内容,取得了一系列丰硕成果。

    (一)研发了适宜的中小隧道太阳能应急、引导照明低功耗相关产品;

   

    (二)研发了适宜的中小隧道太阳能照明系统的隧道洞口加强照明专用灯具;

   

2000W隧道照明实验室模拟系统太阳电池阵列及监控界面

   

 2000W隧道照明实验室模拟系统的照明灯具

    (三)提出了适宜的隧道照明节能车道有效占用专用PLC控制技术——基于车道有效占有感知及快速开闭控制的低交通量公路隧道太阳能照明系统节能控制技术;

   

    (四)完成了中小隧道太阳能照明系统设计计算书;

    (五)编制了中小隧道太阳能照明系统设计施工指南;

    (六)基于项目研究成果,完成了一项440米的高速公路隧道的太阳能照明系统依托工程——昆曼国际通道云南段小磨高速公路15合同勐远1号隧道太阳能隧道照明系统;\

   

依托工程隧道照度测试

    (七)搭建了太阳能隧道照明2000W的实验室模拟系统,进行了太阳能隧道照明系统及灯具布设的模拟实验,为本项目的实施提供了科学、有效的实验数据及技术支撑;

   

    (八)完成了云南省中小隧道太阳能系统适宜性分析报告。

五、社会经济效益

    本项目基于高速公路机电系统监控、通信、收费、低压配电、照明、隧道机电等子系统使用性能关键表征指标及权重分析、机电系统关键性能参数快速检测和机电系统使用性能快速合理评价等研究,提出高速公路机电系统养护评价方法,开发高速公路机电系统养护评价软件,为云南省高速公路机电系统的预养护、养护策略制定和养护工作的实施提供重要的技术支撑。主要社会及经济效益分析如下:

    (一)经济效益

    太阳能隧道照明系统的实施,具有以下经济优势:

    首先,太阳能不是商品,大大降低了用电成本。据统计,使用太阳能照明的成本约为2.43元/度,采用架设输入电网使用市电照明的成本约为1.82元/度(假设隧道距农电约20Km),距离每增加10Km,费用就要增加约0.5元/度。而在我国西部地区地形多样和居住分散的现实条件下,电力传送的成本费用就要增加很多,再加上后期的运营维护费用,总体费用会大大增加。而采用太阳能发电无须架设电力线,并且一次性投资,无需缴纳电费,是解决偏远地区隧道照明供电问题最快、最有效的办法。

    其次,太阳能发电故障率低、维护简便,这在西部地区交通运输的不便的情况下,有着更为明显的经济优势。同时,良好的交通状况,避免了交通事故的发生,减少了国民经济损失。

    从成本分析,隧道照明系统建设及运营成本主要包括隧道照明投资成本和隧道照明运营成本两部分。若采用常规电网作为隧道照明供电系统,其隧道照明投资成本包括输电工程费用(主要包括输电线路工程建设费和材料费)、配电工程费用(主要包括增容费、配电房建设费、材料费和配电工程费)和照明光源及灯具购置安装费用;隧道运营成本主要为隧道照明运营电费以及日常维护费用。

    若采用太阳能光伏发电系统作为隧道照明供电系统,其隧道投资成本主要包括太阳能电池组、储能装置(蓄电池组)、直流—交流逆变器、控制装置、连接装置和照明光源及灯具等的购置与安装费用;隧道照明运营成本主要为日常维护费用。

    (二)社会效益

    张春贤部长在2004年全国交通工作会议的讲话中提出:“交通部门要增强成本意识,在项目立项时,要充分论证经济社会效益;在建设过程中,要确定合适的技术标准,减少不必要的附属设施和不必要的工程量,努力降低工程造价,要向依靠科技进步要效益。” 整个项目的研究方案以张部长的讲话为指导精神,在各个系统研究中进行了经济合理的工程方案比选,向质量型、效益型、功能型和可持续发展的方向发展。

    太阳能技术在交通安全设施中的应用,有助于提高公路交通的安全性和服务水平,降低交通事故率和人员伤亡率,这对于社会安全起了良好的稳定作用,体现出其明显的社会效益。同时通过这个项目一次投入长久受益,让我国广大的西部地区的隧道都亮起来,真正把高等级公路的特点:安全、舒适、快捷发挥出来,为推动西部大开发、发展国民经济发挥更大的作用。

    对于西部的区域开发与经济开放,良好的交通运输状况不仅是基本的条件,也是投资者最为关心的因素之一,公路隧道照明系统的合理实施,不仅带给西部人民交通的便捷,而且还带来更多的机会和选择,这对带动西部地区经济发展起到了不可估量的作用。

    在我国不仅仅是西部山高路险,其它广大的地区如:广东、福建、浙江、山西、湖南、湖北、河北、河南等地也是多山地区,仅浙江省2001年度建设的隧道就有40多座,所以解决中小隧道的照明问题不仅仅是西部的问题,也是全国交通行业的问题,太阳能隧道照明是一个具有市场前景的事业。总之,随着我国公路建设事业的不断进步,公路隧道,特别是中小隧道太阳能照明系统的需求愈来愈大,本项目的研究成果具有重要的推广及应用前景。

 
滇ICP备12345678号——COPYRIGHR@2016ALLRIGHTS RESERVED 技术支持-奥远科技