作为全省首个在长大隧道使用太阳能光伏发电照明技术的201省道云岩至延川二级公路东村隧道和杜家腰隧道,2008年11月投入使用以来,已经安全运行3年。这项技术的投入使用为陕北、陕南等山岭重丘型地区的隧道照明工程开辟了一条新的思路,解决了一些长大公路隧道因自然条件所限而无法实施常规照明手段的问题。同时,该项技术还为交通运输行业实施公路隧道照明节能减排提供了参考。
※ 系统构成 ※
太阳能光伏发电照明系统由太阳能电池组件、控制器、蓄电池组构成。太阳能电池板是太阳能发电系统中的核心部分,其价值在整个系统中也最高。其作用是将太阳能辐射能转换成电能,或送往蓄电池中存储起来,或推动负载工作,太阳能电池板的质量和成本将直接决定整个系统质量和成本。太阳能控制器是控制整个系统的工作状态,并对蓄电池起到过充、过放电保护作用。在温差较大的地方,控制器还应具备温度补偿功能。在其基础上还可实施光控、时控及无级调光功能。蓄电池组是在有光照时将太阳能板所发出的电能进行储存,到需要时予以释放。一般采用铅酸电池,小型系统中,也可使用镍氢电池、镍镉电池或者性能更加的锂电池。逆变器是将电池中的直流电转化成供给隧道照明使用的交流电。
※ 实际应用 ※
201省道云岩至延川二级公路东村隧道和杜家腰隧道长度为1010米和1315米,分别采用了两套太阳能光伏发电系统。受常规供电系统无法抵达隧道等原因而予以考虑采用。两套系统共投资约240万元,每年专人值守维护费用为4万元。其所采用的太阳能光伏发电电池板以高纯高晶硅为原料,具有电性能稳定、寿命长的特点。根据综合分析显示,太阳能电站使用寿命在20年以上。为了提高能效,该系统为隧道照明采用LDE光源24小时不间断照明,其寿命可达7万小时。整套设备施工安装周期约50天,无须架设输电线路,稳定性高,故障率低,维护简便。
※ 运行情况 ※
根据隧道项目点海拔和周边地理环境,以最优化光照为准则,在隧道上部开凿出了一处平台,安装太阳能光伏发电照明系统。由平台沿隧道仰坡铺设引线管道,输出交流电路进入隧道并接通照明灯。两隧道照明光源采用3wLED光源亮度(相当于50w白炽灯泡)。遵循隧道照明的设计原理,采取适应段、过渡段、基本段三种光源分布,驾驶员通过隧道时视线不受影响,可避免交通事故发生。在投入使用后,隧道管理方对两座隧道进行了为期一个月的观测,在冬季12月份平均气温低于零下15度,每日日照不足6小时的情况下,太阳能光伏发电照明系统各项指标全部正常,24小时照明效果良好,蓄电池储存电量充足,没有发生因系统故障或电能不足造成的断电现象。
※ 应用前景 ※
采用太阳能光伏发电照明系统减少了高压线路铺设及变压设备的安装,设备和管道铺设施工难度、周期和成本较低,节约了初期投资。在降低后续管理成本上,该系统也极具优势。以上述隧道为例,按照常规布设,593盏普通白炽灯耗电量计算,年电费为42万元。传统光源寿命约为2万小时,LED光源寿命为普通光源寿命的3倍多,且价格低廉,光源的维护频率及费用也将大大降低。从节能减排的角度考虑,其折算20年减少消耗原煤2452.8吨,减少二氧化硫排放990.9公斤,减少二氧化碳气体排放6900公斤。
从实际应用的效果来看,受当时建设资金以及太阳能光伏发电照明系统技术成熟度等因素的制约,太阳能光伏发电照明系统在隧道照明效果、照明光源的衰减、隧道照明的布局、后备电源供给等方面还有待进一步提高。作为首座使用太阳能光伏发电照明系统的隧道,其运行效果还在检验中,随着太阳能光伏产业在全国各地的陆续落地,其原材料成本必将逐步降低,其能效比也将有大幅提升。加之LED照明技术日趋成熟,更加适合特殊场合照明的LED光源在隧道等公共设施的使用也越来越普及,这项技术将为公路隧道照明带来更加广阔的应用前景。