摘要： 为解决公路隧道照明节能压力和品质提升之间的矛盾问题，将智能控制技术、光伏发电技术综合应用于隧道照明。 通过模拟分析、室内试验及依托项目应用得到适用于工程的应用方案。依托工程应用效果表明，采用隧道智能照明综合节能技术后，隧道行车安全性和舒适性程度更高，所用方案可降低隧道照明年运营能耗在 50%以上。 本技术对提升隧道照明安全和节能水平、推动隧道提质升级具有促进作用。

关键词： 公路隧道; 光伏发电; 智能照明; 综合节能

1 引言

随着基础设施建设的进一步发展和经济发展速度的加快，公路交通品质提升正被提上日程。2019年初，交通运输部下达公路隧道提质升级行动通知，并编制了行动指南，以促进我国公路隧道提质增效，其中隧道照明作为隧道运营安全与节能的重要设施，成为隧道提质升级行动关注的重点，除满足安全与节能外，隧道照明开始迈向品质建设。

隧道照明节能是指在满足隧道行车运营中的安全舒适照明需求下降低能耗与负荷。早期公路隧道照明系统节能技术研究，主要是采用高功率因数的照明灯具（配高效电子镇流器）、隧道内两侧铺反射率高的装修材料、尽量缩短供电电缆长度以减少线路损耗、合理布置配电房的位置、集中调光控制、减少洞外亮度等措施。虽然以上措施在一定程度上有节能效果，但在实际运行中还是存在着电能浪费的现象，以及营运过程中与行车安全和隧道监控之间的矛盾等问题。

本文立足于隧道照明系统发展现状和面临的主要问题，为了使其运营风险可控，提出一套安全舒适、绿色节能的智能照明安全节能技术，结合光电互补技术、智能控制技术等，降低公路隧道照明系统能耗和运维难度，提升隧道运营安全性。

2 隧道照明综合节能设计方案

2.1 光电互补供电系统

光伏发电系统是将太阳能转变为电能的系统，采用自发自用、余电上网模式，光伏发电系统对隧道照明系统进行供电，多余发电量输送给电网，发电不足时由电网供电。可降低隧道照明系统的运行成本，提高整个系统的稳定性。

2.2 单灯智能监控

隧道照明灯具采用可调光的LED灯具，在LED灯具上安装节点控制器，对LED灯具的电流、电压、功率、调光比例以及使用寿命等进行监控，时刻掌握每一盏灯具的运行状态，出现故障自动报警，实现隧道内灯具的自动巡检和自动报警。

2.3 隧道照明智能控制

隧道智能照明控制系统配备洞外亮度传感器、车辆检测器和洞内照度传感器等多种控制器，实现隧道照明的“亮度控制”、“交通量控制”以及“闭环控制”。系统根据洞外亮度信息自动调节灯光亮度;根据交通量信息，自动调整隧道内照明质量，并在夜间实现“车来灯亮、车走灯暗”;

2.4 隧道照明能耗监测评估

建立隧道照明能耗实时监测系统，利用智能化能耗测量设备，实时统计隧道照明系统的功率和累计耗电量。系统主要用于监测隧道照明的实际耗电量，实现隧道照明系统的能耗情况的远程实时监测，对隧道照明系统进行节能性评价。

2.5 综合管理平台

隧道智能照明综合管理平台可实时监控隧道照明系统运营情况。平台的主要功能包括隧道照明运营状况实时监控、隧道照明运行参数实时监控、隧道洞内照明质量实时监测和隧道照明能耗实时监测等，实现隧道照明系统运营管理的智能化。

3 隧道照明综合节能应用与效果

根据上述设计将隧道照明综合节能技术应用于贵州省某高速隧道。采用节能控制技术和光伏发电技术，隧道照明灯具全部采用可调光隧道专用LED灯具，应用智能化控制技术，实现根据天气、洞外亮度、时间、车流量、供电电压等多参数动态控制隧道照明质量。隧道照明供电方式采用太阳能光伏发电和市电互补方式进行系统供电，减少电能消耗，减少温室气体排放，真正实现公路隧道的“绿色照明”。

应用隧道通过技术性和经济性分析，合理设置光伏发电系统装机容量与照明系统负载的比例。按照贵州地区年平均太阳辐射值设计经验，该隧道光伏组件发电装机容量为 68.64kWp，安装在隧道出口开阔平坦的中间分隔带，采用400V低压并网技术，自发自用，余电上网。

建立照明智能化控制系统，通过智能照明控制器采集隧道环境数据、照明数据、供配电数据、光伏电站数据，多参数动态控制隧道照明质量。

4  应用效果评价

4.1 经济效益分析

应用隧道原设计总照明负载约为71.64kW，照明负载偏大，根据照明策略估算年耗电量约为32.42万kWh。通过应用隧道照明综合节能技术，优化隧道照明设计后个照明系统负载为37kW，估算年耗电量约为13.45万kWh。供电系统采用光电互补型供电系统，年总发电量约为7.84万kWh，每年仅需从市电补充约为5.61万kWh。

应用隧道照明电费较原设计每年减少（32.42-5.61）*0.7224=19.4万元，年节约费用59.8%，在系统设计寿命25年内能够节约电费485万，节能效果、经济效益显著。

4.2 社会效益分析

应用隧道按照设计寿命25年计算，减少标准煤1940吨，减少燃煤费用77.6万元（按照400元/吨计算），减少二氧化碳排放总额约5238吨，具有极大的社会效益。同时有效改善隧道运营环境，为车乘人员提供舒适的行车环境，实现良好的社会示范效益，提升了隧道的安全与品质。

5 结论与体会

本文针对隧道照明的作用机制和特点，通过理论分析、模拟仿真提出可提升隧道照明安全与品质的综合节能应用设计方案，并将方案应用于实际隧道，通过测试和分析得出如下结论：

1）隧道照明综合节能技术可据洞外亮度、交通量、事故事件、照明质量监测动态调节隧道照明，解决隧道照明安全与节能的矛盾问题。

2） 光电互补供电系统集光伏发电、隧道照明负荷于一体，可解决在隧道照明中光伏发电高效利用、光电互补的问题。

3）隧道照明综合节能技术的应用可有效改善隧道运营环境，为车乘人员提供安全舒适的行车环境，并提高安全辨识距离。

4） 隧道照明综合节能技术较常规技术可在达到相同照明水平前提下更加节能。

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