高速公路中長型隧道照明節電方式的探究與思考

秦 鵬

(山東高速股份有限公司濰日運管中心，山東 日照 262300)

1 研究背景

高速公路隧道會經常發生交通堵塞以及交通事故，保障高速公路隧道交通安全的重要途徑之一就是確保隧道內部的光線強度均勻合適。而隧道的長期照明則對電能有較大的消耗，電費支出在運營單位的支出中占很大比例，而這有悖于當前國家“十四五規劃”中的節能減排計劃。并且當車輛行至隧道時，駕駛員極易因隧道內外的亮度差問題而產生炫光效應和黑洞效應，不利于道路安全。故隧道照明節能的關鍵在于，在不干擾隧道內交通通行的情況下，提高照明電能利用率。

2 隧道用電現狀

在日常運營時，若隨著道路車流量變化而采取只打開隧道基本照明燈或者采取關閉某幾路隧道照明燈等措施來降低能源消耗，就與隧道照明系統設計的初衷相悖，也不利于保障隧道內的行車安全，因此要在滿足隧道中對照明需求的前提下，尋找合適的節能方法，合理利用資源，降低電能損耗[1]。從圖1可以看出，2020年度大甕山隧道的電費支出占總支出的85%以上，這就更需要把節能降耗工作作為一項重要任務，擺在更加突出的戰略位置。

圖1 2020年大甕山隧道支出費用

當前，濰日大甕山隧道電能浪費的原因可能主要有以下幾點。

(1)隧道照明的亮度“供過于求”，在設計隧道照明系統時，既要考慮不同季節和各類天氣情況下洞口的亮度問題，也要考慮車速等問題，故設計隧道照明時會采用極端條件下的數據，而這就造成了供過于求，資源浪費[2]。

(2)變壓器的“小馬拉大車”現象突出，變壓器負載率過低，不僅會造成電力資源的極大浪費，也造成運營期間費用偏高。從環保效益、經濟效益、社會效益來說都不符合“可持續發展”的理念[3]。

(3)未及時根據隧道周圍由于天氣、季節變化造成的光照亮度變化適度調整照明時間。冬季日照時間短，夏季日照時間長，陰雨天氣，晴天天氣等對隧道內的光照要求均不相同；根據不同天氣不同季節合理調節燈光亮度與開啟時間，可以有效避免資源浪費。

3 中長型隧道節電方案分析

3.1 隧道照明亮度過高造成電源浪費

隧道照明的分區設置是為了滿足駕駛員在隧道行駛過程中的明適應和暗適應反應，故隧道照明按照不同的區段可劃分為引入段、適應段、基本段和出口段照明，按照不同的區域設置不通的光照亮度。大甕山隧道是雙向四車道的高速公路，隧道設計車速為120 km/h，隧道路面凈寬度9.5 m，洞內路面為瀝青復合式路面。根據《公路隧道照明設計細則》(JTG/T D70/2-01—2014)，對應設計車速120 km/h，天空面積百分比0，洞外環境為暗環境考慮，洞外亮度L20(s)取值3 500 cd/m2。濰日高速的車流量根據現有數據，車道交通量約為每車道572輛/h，經計算得出中間段亮度為4.5 cd/m2，根據《公路隧道設計規范(JTG/T D70/2-01—2014)》中得出設計時速為120 km/h時，中間段亮度可按100 km/h對應亮度取值。所以中間段亮度為4.5 cd/m2。因此結合設計車速、隧道斷面、交通量、洞外亮度等參數，綜合計算出隧道照明設計標準表1所示

表1 隧道照明設計標準表

而實際上，隧道內部亮度要遠遠高于設計亮度，實際隧道內亮度如表2，過高的亮度即意味著過高的能源損耗，在不影響隧道交通的情況下，適當調低燈具亮度可以很好的起到節能減排的作用。

表2 隧道照明比對表

由實地測量可知，大甕山隧道目前實際照明亮度遠超過設計亮度，造成了資源的浪費。

3.2 變壓器負載率過低造成電能浪費

為大甕山隧道設備供電使用的變壓器為630 kVA的干式變壓器，而大甕山隧道內用電設施包括180 W的LED燈具768套，120 W的LED燈具176套，75 W的LED燈具298套，30W的LED燈具4套，消防泵房配電系統一套，隧道電光標志1.3 km等，總功率約為200 kW，則變壓器的負載率約為28.86%，而變壓器的長期負載率是額定容量的50%～70%左右時最合適，在這種條件下，損耗電能最小。而實際情況下，大甕山的變壓器負載率約為30%，造成了極大的資源浪費。

3.3 節電措施

(1)根據隧道口亮度變化調節隧道照明亮度。可在隧道的入口處左右側各安裝一個光照度傳感器，兩臺同時工作，將數據傳輸至控制端，隧道管理人員將綜合根據傳感器獲取數據更改隧道照明亮度，提高電能利用效率。

(2)根據車流輛更改隧道照明亮度：隧道交通量大時，增加照明亮度；隧道交通量小時，降低照明亮度，在不與隧道照明設計理念相悖的情況下，合理節能。

(3)根據季節控制開燈時間：在夏季時，晝長夜短，而在冬季時，晝短夜長；結合季節天氣控制開燈時間，可以有效避免電能浪費。

(4)保證電路暢通，維護隧道配電設備：在隧道日常運營過程中，定期巡檢隧道機電設備，確保電路暢通，保證隧道處于良好通行環境，與廠家、維保公司等單位密切聯系，定期對配電設備進行全面的保養和維護，合理科學的保證隧道運營。

3.4 效果檢驗

經過兩個月的測試，隧道2021年1～2月用電量與2020年同期相比下降約4%，電費下降約5%，提出的節電措施起到了較為理想的效果。

4 結 語

中國高速公路發展迅速，隨之而來的資源浪費問題也日益浮現。目前隧道依舊存在照明能耗浪費問題，電源損耗是運營單位的額外負擔，也與國家大力倡導的節能減排理念相違背[4]。本文以濰日高速公路上的大甕山隧道為研究對象，針對該隧道照明存在的問題及電能浪費原因，從合理改變隧道亮度，加強隧道日常管理等方面提出幾點建議，緩解隧道照明的耗能浪費問題，希望可以對高速公路的可持續發展起積極促進作用。