機電設備節能減排關鍵技術

摘" 要：本文分析了高速公路機電設備中高能效技術的應用難點，如設備更新滯后、能耗優化技術不足等，提出了基于智能監控系統和大數據分析的節能減排解決方案。研究內容包括LED照明改造、關鍵設備優化維護策略以及大數據驅動的故障預測技術。通過對實際案例的分析，驗證了技術方案在降低能源消耗和碳排放方面的效果。

關鍵詞：高速公路；機電設備； 節能減排；能效

高速公路機電設備作為高速公路運營的重要組成部分，其節能減排工作不僅關系到環境保護，也關系到運營成本的控制和經濟效益的提升。然而，當前高速公路機電設備節能減排技術的應用還存在一些問題，不僅影響了設備的能效，也造成了資源的浪費。因此，研究高速公路機電設備節能減排技術，對于提升高速公路的運營效率和可持續發展具有重要意義。

1.高速公路機電設備節能減排的重要性

機電設備作為高速公路運營的核心設施，其能源消耗和碳排放在高速公路整體運行成本中占據較大比重[1]。以晉中高速公路為例，其設備覆蓋了775公里的路段，包括96條隧道，設備能耗集中于隧道照明、監控設備和通風系統等關鍵領域。據統計，照明系統能耗占比高達60%，但傳統高壓鈉燈和普通熒光燈的光效僅為60至80lm/W，而高效LED燈具的光效可達150lm/W，能效提升一倍以上。同時，隧道通風系統中傳統定速風機的能耗偏高，CO傳感器調控未實現自動化，導致運行能耗浪費較大。此外，監控設備的實時運行和視頻傳輸需要穩定的電力供應，但部分區域線路老化和設備性能不足，進一步增加了能耗。通過引入高效LED燈具、智能亮度控制和基于CO濃度的動態通風調控系統，可將設備綜合能耗降低20%以上。這些技術措施的實施，不僅能降低運營成本，還能減少碳排放量，為節能減排提供技術支撐，如圖1所示。

2.高速公路機電設備節能減排技術優化難題

2.1 技術更新滯后導致的能效低下

傳統機電設備技術落后，無法滿足現代節能需求。以晉中高速公路為例，大量設備仍在使用能耗高、光效低的高壓鈉燈和熒光燈，同時，隧道通風系統中的風機仍為固定頻率控制模式。這些設備雖然能夠滿足基礎運行需求，但在高效能利用方面表現不足。晉中地區隧道通風設備統計顯示，未優化的通風系統中單臺風機年耗電量高達30萬度，與智能化風機控制系統相比，多耗電15%。此外，光電纜線路的老化問題使監控系統的數據傳輸存在高達8%的丟包率，進一步影響能效優化[2]。這種技術更新滯后現象的根本原因在于更新成本高昂和更新周期內的設備停運風險。雖然近年來逐步引入了智能技術，但整體覆蓋率仍不足40%，亟需系統性技術升級以突破現有瓶頸。

2.2 數據采集與分析不足，影響決策效率

高速公路機電設備的能效優化離不開精準的數據支撐，但目前數據采集與分析能力的不足是制約優化的關鍵問題。以監控中心為例，部分攝像頭和傳感器的數據采集頻率不足，每日采樣點數低于運行所需標準，難以形成實時動態模型。此外，舊有系統中視頻監控設備的視頻清晰度低，導致故障檢測效率不足，間接增加了設備能耗。數據分析能力不足還導致了節能決策的盲目性，很多節能策略無法針對能耗大戶進行優化，需要通過大數據平臺實現實時分析和動態調整。

2.3 維護人員素質參差不齊，影響技術實施效果

維護水平的差異化直接影響機電設備節能減排技術的實施效果。基層維護人員對智能化設備的操作技術掌握不足，使高效設備的優勢難以發揮[3]。例如，LED燈具的亮度調節、CO傳感器與風機聯動調控等技術，部分操作人員掌握得并不熟練，這使得設備始終運行在較低效狀態。此外，由于技術培訓和指導不到位，造成設備出現問題時無法快速響應和解決，增加了運維成本。未全面落實定期巡檢數據分析，進一步導致設備故障頻發，延誤了節能目標的實現。

3.高速公路機電設備節能減排技術策略

3.1 引入高效技術設備

高速公路機電設備的節能減排需要從設備本身的技術更新入手，優先引入高效設備和節能技術。以晉中高速公路為例，其信息中心在路段管理中應用了LED照明改造技術。LED燈具的單燈功率為50W，相較于高壓鈉燈的150W，單燈每年可節省電力30000千瓦時。在隧道照明場景中，通過部署光感傳感器和智能控制器，LED燈具可動態調節亮度以適應環境光線條件，實現全天候節能運行。在隧道通風系統中，通過配置CO濃度傳感器并聯動風機變頻器，設備運行時間顯著縮短。晉中高速公路單臺風機優化前的年耗電量為30萬千瓦時，通過智能調控，全年減少200小時運行時間。此外，晉中片區還應用了新型抗老化光纖材料，其光纖傳輸損耗降低至每千米3dB以下，不僅提升了數據傳輸效率，還有效降低了設備供電能耗。監控設備升級后，新增的自動故障檢測模塊在外場攝像頭中得到應用，能在第一時間生成故障報警并傳回監控中心。結合智能化設備的應用，晉中高速公路設備運行能效得到明顯提升，運營成本得到有效控制。

3.2 推行大數據驅動的決策支持

大數據技術為高速公路機電設備的節能減排提供了強大的支持。晉中高速公路信息中心已建立覆蓋775公里路段的監控平臺，其數據采集范圍涵蓋了7個路段，共1827路監控攝像頭、586臺隧道風機以及多組CO濃度傳感器[4]。監控平臺通過數據分析技術，實現對風機啟停時間的智能調控，避免設備超負荷運行。試運行數據顯示，隧道內的CO濃度傳感器與風機聯動后，設備實際運行時間減少，通風效率提升。同時，誘導屏、情報板等設備的實時數據歸集分析，優化了顯示內容的發布效率，并減少了不必要的耗電現象。平臺的故障預測功能能夠對設備運行狀態進行動態評估，尤其是風機、攝像頭等高頻使用設備，通過分析其歷史運行數據，可以快速定位潛在的問題區域。智能監控平臺使設備平均修復時間從原來的8小時縮短至4小時，有效降低了因長時間故障導致的能源浪費。此外，大數據平臺還支持設備能耗的動態優化，例如，通過對光電纜傳輸數據進行分析，獲得了穩定的監控視頻清晰度，減少了重復數據傳輸所帶來的額外能耗。

3.3 加強預防性維護

預防性維護是機電設備節能減排的核心保障措施之一。晉中高速公路機電設備的日常維護內容包括光電纜巡檢、攝像頭除塵、UPS電源檢測和設備接頭維護等。每季度都要對光電纜進行全面巡檢，修復老化線路并更換關鍵部件，巡檢后線路故障率從每月3起降低到1起，顯著減少因線路中斷造成的信號傳輸耗電量。對監控攝像頭進行清潔維護，能提高視頻圖像的傳輸質量，減少丟包率。據統計，隧道段攝像頭在清潔維護后，其運行故障率明顯降低，支持了視頻數據的高效傳輸。供電系統中的UPS電池每年要進行兩次全面檢測，更換老化電池，保障高負載運行時電力供應的穩定性。隧道通風設備的CO濃度傳感器需定期進行防護性檢修，避免因精度問題引發的風機過度運行。此外，通過清理隧道照明系統中的防護罩，可以改善光效性能，使LED燈具的使用壽命延長1.5倍。晉中片區信息中心采用預防性維護模式，在設備老化前進行針對性調整，避免了因突發故障帶來的高能耗運行現象，同時為節能減排提供穩定的技術支撐。

3.4 提升維護人員技術能力

晉中高速公路每季度要舉辦維護技術培訓，內容涵蓋CO傳感器調校、風機變頻調控、監控系統設備調試等關鍵技術操作。通過技術培訓，維護人員能夠熟練完成隧道風機的聯動設置和監控攝像頭的參數調整。培訓后數據顯示，維護人員對智能調控設備的操作效率明顯提高，隧道風機運行時間與CO濃度匹配更加精確[5]。此外，為提升技術前沿性，晉中片區還通過技術交流會邀請設備廠商講解光纖通信的升級方案，幫助維護人員掌握光電纜優化技術。針對LED燈具的亮度調節和防護性維護，廠商提供的專項指導幫助維護團隊更高效地實現了節能目標。技術能力的提升還表現在對突發事件的快速響應能力上，例如，通過統一培訓后，維護團隊能夠在設備故障發生后快速分析問題，提供精準解決方案。技術能力的持續提升，使晉中高速公路維護團隊在減少設備能耗、提升運行效率方面表現出色，為節能減排技術的全面應用奠定了堅實基礎。

4.結語

綜上所述，通過加強節能技術的研發與應用，高速公路機電設備的能效顯著提升，實現了資源利用的優化和減少碳排放的目標。在未來的研究中，需進一步探索基于人工智能的設備優化技術，推動節能減排技術的規模化應用，為高速公路的綠色發展提供持續動力。

參考文獻：

[1]許偉鋒，黃培庭。高速公路隧道照明節能與智能控制系統[J]. 中國交通信息化，2023，（1）：139-141.

[2]許輝，陳忱，宿增強，賈彥黨。智慧公路與機電工程融合發展模式探討[J]. 中國交通信息化，2021，（6）：95，98-100.

[3]王敬富，王倫。基于節能環保理念的公路設計方法探討[J]. 交通節能與環保，2020，16（2）：117-119.

[4]陳呈。帶電清潔技術在高速公路機電管養中的應用探索[J]. 現代制造技術與裝備，2020，（4）：167，171.

[5]何子牛。高速公路機電設備運行狀態評估和壽命預測[J].低碳世界，2024，14（9）：121-123.

作者單位：山西交通控股集團有限公司中部高速公路分公司