南京長(zhǎng)江過江隧道電力系統(tǒng)節(jié)能措施探討

許 慧

南京長(zhǎng)江隧道有限責(zé)任公司, 江蘇南京 211800

南京長(zhǎng)江過江隧道電力系統(tǒng)節(jié)能措施探討

許 慧

南京長(zhǎng)江隧道有限責(zé)任公司, 江蘇南京 211800

本文在對(duì)南京長(zhǎng)江過江隧道的照明、通風(fēng)、排水系統(tǒng)的現(xiàn)狀調(diào)研分析的基礎(chǔ)上，提出LED照明、節(jié)能控制柜、變頻控制等節(jié)能改造措施，減少能源消耗，降低溫室氣體排放。

南京長(zhǎng)江隧道；照明；通風(fēng)；排水；節(jié)能減排

Nanjing Yangtze River Tunnel；lighting；ventilation；drainage；esnaevrigny g and emissi on reduction

引言

南京長(zhǎng)江隧道，是江蘇省南京市城市總體規(guī)劃確定的“五橋一隧”過江通道中的城市過江隧道工程，是國(guó)內(nèi)地質(zhì)條件最為復(fù)雜的跨江隧道，總長(zhǎng)5853米，雙向6車道，設(shè)計(jì)車速80km/h。它的建設(shè)，對(duì)于改變長(zhǎng)江原有單一的橋梁過江的交通方式，緩解南京市跨江交通壓力、促進(jìn)沿江大開發(fā)具有十分重大的意義。

由于公路隧道本身具有的特殊性以及隧道運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)的特點(diǎn)，使得南京過江隧道在能源消耗方面具有以下特點(diǎn)：

1）隧道內(nèi)空間環(huán)境狹窄、光線變化大、視野不清，為消除潛在的交通事故危險(xiǎn)，對(duì)環(huán)境照度具有較高的要求；

2）高速公路隧道在使用過程中，會(huì)因?yàn)槠囄矚馀欧挪⑶也灰咨l(fā)而導(dǎo)致隧道內(nèi)空氣質(zhì)量惡化，對(duì)通風(fēng)設(shè)施的要求較高；

3）南京長(zhǎng)江隧道的日常營(yíng)運(yùn)情況不同于一般的地下隧道，面臨著水流壓力、滲透危險(xiǎn)及消防救援等復(fù)雜問題，排水系統(tǒng)能耗遠(yuǎn)高于一般公路隧道。

為了響應(yīng)國(guó)家“建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)”的號(hào)召，有必要對(duì)南京長(zhǎng)江隧道照明、通風(fēng)和排水系統(tǒng)的節(jié)能措施進(jìn)行研究與思考，挖掘節(jié)能潛力，降低能源消耗，為國(guó)家“十二五”節(jié)能減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)作出貢獻(xiàn)。

1 隧道節(jié)能措施探討

1.1 照明系統(tǒng)

1.1.1 照明系統(tǒng)現(xiàn)狀

南京長(zhǎng)江隧道照明系統(tǒng)通用照明段采用T8型熒光燈，燈具類型為三防燈，數(shù)量為2300支，單支功率為2*58KW；出口段和入口段均采用高壓鈉燈進(jìn)行輔助照明，數(shù)量有300個(gè)，單支功率有0.4 KW、0.25 KW和0.15 KW等幾種規(guī)格。熒光燈與LED燈相比，光效低，衰減嚴(yán)重，壽命短。

在實(shí)際管理中各段照明根據(jù)天氣分級(jí)控制，但是這種控制方式存在三大弊端。首先，《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ026.1-1999），以下簡(jiǎn)稱《規(guī)范》規(guī)定的“重陰天”不屬于規(guī)范術(shù)語(yǔ)，氣象學(xué)中無(wú)此定義，同時(shí)，根據(jù)氣象學(xué)的定義分為少云和多云天氣，實(shí)際觀測(cè)時(shí)，南京長(zhǎng)江隧道工作人員無(wú)法準(zhǔn)確判斷，導(dǎo)致實(shí)際隧道管理操作中常常無(wú)法根據(jù)《規(guī)范》規(guī)定氣象分級(jí)表判斷氣象；其次，根據(jù)天氣分級(jí)的控制方式往往使照明效果與隧道現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的脫節(jié)，這造成在需要高照明的時(shí)候，可能隧道亮度較低；在需要低照明的時(shí)候，可能隧道亮度較高的情況出現(xiàn)；這種控制方式能耗高，不符合國(guó)家當(dāng)前倡導(dǎo)的節(jié)能降耗的政策要求。

1.1.2 照明系統(tǒng)節(jié)能措施

1.1.2.1 LED光源替代傳統(tǒng)光源

LED是英文Light Emitting Diode的簡(jiǎn)稱，是一種具有兩個(gè)電極的半導(dǎo)體發(fā)光器件，讓其流過小量電流就會(huì)發(fā)出可見光。其與熒光燈相比，具有壽命長(zhǎng)、驅(qū)動(dòng)相對(duì)簡(jiǎn)單、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。

當(dāng)前，LED已大量應(yīng)用于銀行、醫(yī)院等公共場(chǎng)所。南京長(zhǎng)江隧道通用照明段采用的三防燈內(nèi)部光源為58W T8熒光燈，可以在滿足原有照度要求的條件下，保留原有燈具，采用26W管式LED燈對(duì)其進(jìn)行直接替換。

1.1.2.2 新型電子鎮(zhèn)流器替代電磁鎮(zhèn)流器

南京長(zhǎng)江隧道輔助照明采用高壓鈉燈，高壓鈉燈通常用電磁鎮(zhèn)流器啟動(dòng)，加補(bǔ)償電容后一般可達(dá)到0.85。由于功率因數(shù)不高，需要較大截面的電纜供電。不僅浪費(fèi)了部分電能，還消耗了銅材資源。此外，電磁鎮(zhèn)流器本身也要消耗一定電能，一般為燈具總耗電的20%。采用新型的電子鎮(zhèn)流器，可以使燈具的功率因數(shù)提高到0.99以上，節(jié)電率在10%以上。

1.1.2.3 采用隧道照明節(jié)能控制柜

南京長(zhǎng)江隧道運(yùn)營(yíng)時(shí)間為早5點(diǎn)至次日凌晨1點(diǎn)。經(jīng)觀察，隧道電源往往供電質(zhì)量不佳，夜間的供電電壓高于白天的正常值，造成夜間燈具的耗電量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于白天，采用節(jié)能控制柜技術(shù)可將夜間過高的電壓調(diào)至額定值以降低燈具能耗，同時(shí)穩(wěn)定的電壓又可延長(zhǎng)燈具壽命。采用節(jié)能控制器后，隧道內(nèi)的燈具可以在節(jié)能狀態(tài)下工作，燈具照度均勻柔和，無(wú)閃爍和滅燈，可延長(zhǎng)燈具壽命。隧道照明節(jié)能控制系統(tǒng)運(yùn)行后隧道照明能夠達(dá)到《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ 026.1-1999）標(biāo)準(zhǔn)的要求。

采用隧道照明節(jié)能控制柜技術(shù)，大多燈具在穩(wěn)壓節(jié)能的狀態(tài)下工作，可有效延長(zhǎng)光源使用壽命，節(jié)約電能，降低運(yùn)行成本，節(jié)電率可達(dá)到20%以上。

1.1.2.4 應(yīng)用洞外亮度自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)

洞外亮度是決定照明控制策略的重要因素，洞外亮度除了和洞口所處的位置有關(guān)外，白天還與天氣狀況有關(guān)。晴天、多云、陰天、重陰的天氣對(duì)洞內(nèi)入口段、過渡段、出口段亮度的調(diào)節(jié)均產(chǎn)生較大影響，洞外亮度增加，隧道內(nèi)各段燈具的照度也相應(yīng)增大，反之相應(yīng)減小。雨天或是大風(fēng)的天氣，不但影響洞外亮度，還影響車速，而車速又直接影響隧道內(nèi)各段照明的長(zhǎng)度和照度。

南京長(zhǎng)江隧道的照明控制為人工分級(jí)控制，這種控制方式對(duì)操控人員具有較高的要求，當(dāng)洞外亮度發(fā)生明顯變化時(shí)需要及時(shí)調(diào)整照明方式，事實(shí)上在實(shí)際中操控人員很難做到及時(shí)地調(diào)整照明。

通過洞外亮度自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)，可以解決一天中隧道洞外亮度變化很大，對(duì)入口段產(chǎn)生“黑洞效應(yīng)”的問題，同時(shí)通過合理的開啟燈具，使電能的節(jié)省達(dá)到最優(yōu)化。

1.2 通風(fēng)系統(tǒng)

1.2.1 通風(fēng)系統(tǒng)現(xiàn)狀

通過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)隧道內(nèi)的自然風(fēng)速、交通量及自然風(fēng)壓和交通風(fēng)壓共同作用下的風(fēng)速，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析，隧道內(nèi)依靠非機(jī)械通風(fēng)（自然風(fēng)及隧道活塞風(fēng)）不能夠滿足《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范》（JTJ 026.1-1999）標(biāo)準(zhǔn)的要求。目前，南京長(zhǎng)江隧道配置有射流風(fēng)機(jī)57臺(tái)，單臺(tái)功率30KW，軸流風(fēng)機(jī)11臺(tái)，單臺(tái)功率分為200KW、250KW和75KW。其中射流風(fēng)機(jī)采用軟啟動(dòng)方式，軸流風(fēng)機(jī)通過變頻器分級(jí)控制轉(zhuǎn)速。

1.2.2 通風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能措施

根據(jù)采用的設(shè)備類型，隧道通風(fēng)可分為變頻控制和動(dòng)力可調(diào)控制。根據(jù)隧道通風(fēng)采用的控制參數(shù)不同，又可分為直接控制法、間接控制法和混合型控制法。

目前，南京長(zhǎng)江隧道通風(fēng)系統(tǒng)當(dāng)前均為人工控制，在隧道出口雖然設(shè)置有CO及VI檢測(cè)裝置，但未利用其對(duì)隧道通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)控制。

通過對(duì)隧道內(nèi)風(fēng)機(jī)安裝變頻控制器可實(shí)現(xiàn)對(duì)通風(fēng)系統(tǒng)的直接控制，通過分布在隧道內(nèi)各點(diǎn)的CO檢測(cè)儀和能見度檢測(cè)儀直接檢測(cè)行駛車輛在隧道內(nèi)排放出的煙霧濃度和CO濃度值，給出控制信號(hào)，啟動(dòng)控制分布在隧道內(nèi)各段的風(fēng)機(jī)，供給新鮮空氣量，達(dá)到稀釋CO和煙霧濃度的目的，并將有害物質(zhì)引出洞外，以達(dá)到隧道規(guī)范所要求的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 排水系統(tǒng)

1.3.1 排水系統(tǒng)現(xiàn)狀

南京長(zhǎng)江隧道排水系統(tǒng)配置有提升泵2臺(tái)，廢水泵6臺(tái)，潛水泵6臺(tái)，雨水泵7臺(tái)。排水系統(tǒng)采用浮球開關(guān)分級(jí)控制方式，這種控制方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。但是，容易收外界環(huán)境影響，不能及時(shí)根據(jù)流量變化調(diào)節(jié)運(yùn)行功率，存在“大馬拉小車”的現(xiàn)象，安裝變頻器后水泵可以在節(jié)能工況下運(yùn)行。

1.3.2 排水系統(tǒng)節(jié)能措施

變頻調(diào)速技術(shù)通過降低頻率，從而降低電機(jī)轉(zhuǎn)速（即水泵轉(zhuǎn)速），使水泵的揚(yáng)程下降，流量減少。變頻調(diào)速減小了閥門的節(jié)流損失，因而減小了電機(jī)功率損耗，是一種節(jié)能措施，但如果水泵的運(yùn)行工況是穩(wěn)定的（壓力、流量穩(wěn)定），變頻調(diào)速方案就不可取。只有針對(duì)工況變化頻繁或較頻繁、壓力和流量有富余量的水泵采用變頻調(diào)速方案才是可取的。

葉輪是水泵的心臟，它決定了水泵的揚(yáng)程、效率的絕大部分，不是工況與設(shè)計(jì)值差異極大的情況，泵體的影響總是較小的。對(duì)于在用水泵，結(jié)合其在用的流量、揚(yáng)程及泵體，設(shè)計(jì)出可互換的高效率全三元葉輪，置換于原泵內(nèi)，可以大大降低電力消耗。全三元技術(shù)與變頻調(diào)速并不能互相取代。即使采用了變頻調(diào)速，但是水泵效率低下的問題仍然存在。因此仍可使用全三元改造技術(shù)，提高水泵的效率。

2 節(jié)能效果分析

2.1 照明系統(tǒng)

通過更換LED燈具，以26W直管LED燈替換58W熒光燈。通用照明可節(jié)能55%。以日常開啟2300支熒光燈.每天開啟20小時(shí)計(jì)算，每年耗電量為97.4萬(wàn)KWh，電費(fèi)以0.8元計(jì)算，年節(jié)約電費(fèi)42.8萬(wàn)元。

通過加裝照明節(jié)能柜，輔助照明可節(jié)能20%以上。以300盞250W鈉燈，每天開啟12小時(shí)計(jì)算，年耗電量為32.8萬(wàn)KWh，年節(jié)約電費(fèi)5.2萬(wàn)元。

2.2 通風(fēng)系統(tǒng)

通風(fēng)系統(tǒng)是長(zhǎng)江隧道的主要耗能系統(tǒng)，通過安裝變頻控制器實(shí)現(xiàn)隧道內(nèi)通風(fēng)系統(tǒng)的全自動(dòng)控制。同時(shí)，變頻技術(shù)的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的軟啟動(dòng)，延長(zhǎng)電機(jī)壽命，減少設(shè)備維修維護(hù)成本以及人力成本，充分發(fā)揮CO及VI檢測(cè)裝置在通風(fēng)系統(tǒng)中的作用。隧道內(nèi)共有57臺(tái)射流風(fēng)機(jī)，功率為30千瓦，按每天開啟20小時(shí)計(jì)算，平均負(fù)荷系數(shù)0.75，同期系數(shù)0.9計(jì)算，年耗電量為842萬(wàn)千瓦時(shí)。采用變頻調(diào)節(jié)技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制后，節(jié)能量約為15%左右，年節(jié)電126.39萬(wàn)千瓦時(shí)，電費(fèi)以0.8元計(jì)算，年節(jié)約電費(fèi)101萬(wàn)元。

2.3 排水系統(tǒng)

排水系統(tǒng)通過采用全三元流技術(shù)與變頻調(diào)速技術(shù)，實(shí)現(xiàn)排水系統(tǒng)的自動(dòng)控制，同時(shí)，通過對(duì)排水設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，定期對(duì)運(yùn)行工況進(jìn)行節(jié)能分析挖掘節(jié)能潛力。通過采取以上節(jié)能措施，排水系統(tǒng)的節(jié)能效果可達(dá)到12%以上。

3 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)南京長(zhǎng)江隧道主要用能系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能分析，提出LED照明、電子整流器、應(yīng)用洞外亮度自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)以及變頻調(diào)節(jié)等技術(shù)，采取以上節(jié)能措施并在運(yùn)營(yíng)過程中加強(qiáng)能源管理，估計(jì)年節(jié)電140萬(wàn)千瓦時(shí)，按等價(jià)值折462噸標(biāo)煤，可減少溫室氣體（CO2）排放1155噸。

[1]劉殿魁，孫玉民，梁衛(wèi)星.三元流技術(shù)及其在循環(huán)水泵節(jié)能改造中的應(yīng)用[J].石油和化工節(jié)能，2010（1）：20-22

[2]吳霞，黃靜，戈文金.三元流技術(shù)在水泵改造中的成功應(yīng)用[J].江西能源，2007（4）:46-47

[3]劉宇，居發(fā)禮，付祥釗.通風(fēng)系統(tǒng)節(jié)能改造節(jié)能量計(jì)算[J].建筑科技，2011（4）:55-57

This article, based on the analysis of the current situations urvey of the lighting, ventilatio n, drainages ystem of the Nanjing Yangtze River Tunnel, puts forward energy-saving measur es like LED lighting, energy-savincg ontrol cabine t, frequency control to reduce energy consumption and greenhouse gas emissions.

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.10.006