浅析风光互补路灯
http://www.cction.com 2009-09-07 15:27 中企顾问网
本文导读：浅析风光互补路灯，路灯是城市、乡村、公路、高速公路、桥梁等公用设施所必备的照明设备。由于其采用的低压输电网络线路长，布线及埋设复杂且施工量大，消耗土地资源及占用空间较大，是各级财政部门一项较大的支出。
一、前言
路灯是城市、乡村、公路、高速公路、桥梁等公用设施所必备的照明设备。由于其采用的低压输电网络线路长，布线及埋设复杂且施工量大，消耗土地资源及占用空间较大，是各级财政部门一项较大的支出。并且维护及巡线耗费大量人力与物力，即便如此也不能保证设备完好率达到90%以上，另外电力供应紧张造成设备不能运行的问题日趋突出！因此寻求一种节能、环保、自动化程度较高的照明设备已是当务之急！深圳六合新能源科技发展有限公司针对现有低压输电路灯设备所存在的大量问题研发的NEWHOPE风光互补路灯系统正是最好的解决方案。
二、建设风光互补路灯的意义
1、社会效益
据调查，到2005年，我国共计安装路灯1200万盏，电费达500亿元以上，经济的快速发展，能源需求的增加，能源的供需矛盾突出，全国的用电负荷的增加使的不少地区出现不同程度的拉闸限电，严重阻碍了社会经济的发展，路灯作为用电大户与城市建设之间的取舍始终是困扰各级政府的一个关键问题。
据英国有关专家统计，在有路灯的地段，交通事故平均降低30%，抢劫等犯罪行为降低70%。
采用清洁能源的风光互补路灯系统，可以减少大量的能源消耗，减轻由于常规能源的生产过程中所产生的空气污染，美化我们的城市和乡村，同时也能向国民进行新能源利用和生态环保知识的直观教育。向世界宣传我中华民族崇尚环保，重视节能和自主创新的理念。
2、经济效益
下面是风光互补路灯与电网路灯的效益比较：
比较的条件：假设某路段照明工程为10km,灯杆间距设计为25m,灯杆的高度8m,路两面竖灯杆，每个灯杆装一盏灯，则工程共需灯具10x1000/30x2=800盏，以5年的期限进行计算效益。
一、电网路灯建设投入
工程建设阶段的早期投资
（1）铺设线管工程费用
―――暂无相关费用资料，
（2）灯具费用
使用350瓦高压钠灯灯具费用市场价格约为600-1200元，平均按照1000元/盏计算：
此项费用合计：1000元/盏×800盏=80万元
（3）变压器费用
按照道路照明常规设计，变器供电半径选择750m，变压器供电范围内灯具总功率为：
1500m÷25m/根×2×0.35kw/盏×1.2=50.4kw
根据《城市道路照明设计标准》的要求，从供电可靠性和节省能源的角度出发，采用10KV配电线路上接道路照明专用变压器供电为宜。其最佳负载系数可选择为额定容量的70——80%，因此选择150KVA的箱式变压器，全线共需要6台，每台箱变设备及安装费用按15万元计算。
此项费用合计：15万元/台×6台=90万元。
（4）电缆费用
采用高压钠灯由于消耗功率大，需要采用YJV224×70+1×35电缆，所需电缆总长为10Km×2×11.5=23Km（1.15为灯杆电缆预留系数），该型号电缆市场价格按照280.00元/米计算。
此项费用合计：
280元/m×23Km×1000÷10000=644万元。
2、道路使用阶段费用
（1）用电费用
该路段路灯照明按照每天工作11小时计算，电费按照0.8元/度计算。
每盏灯每天用电费用为：
0.35Kw×1.2×11h×0.8元 /Kwh=3.69元
（注：1.2为钠灯镇流器功耗系数）
该工程所有路灯5年用电费用总计为：
3、69元×800盏×365天×5年=538.74万元
（2）维护费用
高压钠灯的维护费用主要指更换灯管时产生的费用，该部分费用包括购买灯管的费用和更换时设备及人力费用。高压钠灯的灯管实际使用寿命为4000小时左右，如果考虑电压波动对灯管寿命的影响，按照使用5年计算，则需要更换5只灯管。
购买灯管为1000元/只，更换费用为180元/次，该工程所有路灯5年更换灯管费用为：
（1000+180元）×5×800盏=472万元
统计以上投入（未计铺管道的投入）共计：1824.74万元
同时，五年共耗电：0.35kwx1.2x800盏x365天x5年＝613.200度电。
而不管是燃煤发电还是燃油、燃气发电，都会产生大量的CO2、SO2等有害物质，造成环境污染，而且也消耗大量的不可再生的能源――煤、油、气等资源。
风光互补路灯建设的投入
（1）灯具费用
使用100W大功率LED灯,市场价格4000元，此项费用为：
4000元/盏X800=320万元
因100W的LED路灯的亮度相当于350W的高压钠灯。
（2）风能发电机：3700元/台，此项费用为：
3700元/台X800盏＝296万元
（3）太阳能板：每盏灯配以个100W或150W的太阳能板，此项费用为：
100Wx33元/Wx800=264万元
150Wx33元/Wx800=396万元。
（4）储能电池及控制器：4000元/套
4000元/套x800x2=640万
由于是采用风光互补及LED路灯,省去了挖电网沟及建变压器的费用，最关键是它不需接市电，它是利用可再生能源――风能、太阳能来照明。
统计以上的投入（一次性）共计：1652万元。
综合以上的资料，除未计算灯杆成本及安装费用外，我们可以看出，安装电网的工程费为814万元，而装风光互补路灯要一次性投入1652万元，但风光互补路灯是一次投入，长期收益而且维护费用极小，而安装电网工程，首次投入小，但施工期长，维护费用高，消耗大量的不可再生的能源。
三， 资源条件分析：
我国幅员辽阔，海岸线长，风能资源比较丰富。据中国气象科学研究院估算，全国平均风功率密度为100W/m2，风能资源总储量约32.26亿kW，可开发和利用的陆地上风能储量有2.53亿kW（依据陆地上离地10m高度资料计算）， 海上可开发和利用的风能储量有7.5亿kW。
中国风能资源主要分布在东南沿海及附近岛屿，新疆、内蒙古和甘肃走廊、东北、西北、华北和青藏高原等部分地区，每年风速在 3m /s 以上的时间近 4000小时左右，一些地区年平均风速可达7m／s以上，具有很大的开发利用价值。我国面积广大，地形地貌复杂，故而风能资源状况及分布特点随地形、地理位置不同而有所不同，据此可将风能资源划分为四个区域。
（1）沿海及其岛屿地区风能丰富带
（2）北部（东北、华北、西北）地区风能较丰富带
（3）内陆局部风能丰富区
（4）海上风能丰富区
其中（1）（2）（3）区域都是人口和城市密集地区。非常有利于推广我们的风光互补路灯系统。
四、风光互补路灯设计方案
根据我国《城市道路照明设计标准》（CJJ45-91）风光互补路灯的配置方案可考虑如下：
1、配置方案
（1）路灯配置设计
采用节能70W 到100W LED路灯，一台100W螺旋型风力发电机，两片50W到75W 太阳能电池板，3只12V/100AH 风光互补专用蓄电池，通过相关控制电路构成一套独立的风光互补路灯系统，每天可亮灯超过11小时，即使连续无风，无阳光的情况下，至少可以维持三到5晚的连续照明。
（2）配置清单
部件 | 规格 | 数量 | 备注 |
风力发电机 | NH100V | 1 | |
太阳能电池板 | 12V/75W | 2 | |
蓄电池一组 | 12V/100AH | 3 | |
LED灯具 | 70W或100W | 1 | |
风光互补控制器 | NH100-C | 1 | |
路灯灯杆 | 1 | ||
地脚笼 | 1 |
（3）发电量计算
年平均发电量计算：
以II类太阳能资源，年平均风速为4.2m/s地区为例：
II类太阳能资源地区1KW太阳能电池板转换太阳能辐射能量为5500~6500MJ/年，为安全计，取转换太阳能辐射总量为5500MJ/年，配置的太阳能板的日均发电量应为：
Q1=0.465KWH
考虑到所建公路路灯安装点障碍物状况的不确定性等，装灯点的年平均风速低估为4m/s，所配置的风力发电机的日均发电量为：0.648KWH
风光互补路灯配置的日发电量为：1.113KWH
对风能最小的8月份验算系统发电量：
8月太阳辐射能量绝对大于6000MJ/m2 ,低估为6000MJ/m2,太阳能板的日均发电量应为：
Q1=0.54KWH
8月的平均风速为2.9M/S,风力发电机的日均发电量应为：
Q2=0.42KWH
风光互补路灯配置的年均日发电量为：0.96KWH.
鉴于风能太阳能的良好互补性,以年均资源换算而得的日均资源的可靠性良好,加之风光资源的计算值均取低值,并各考虑了0.8的安全系数,所得的日均发电量数据是安全可靠的。
（4）用电量计算
配置灯具为70W超级LED灯，以每晚亮灯10~12小时计算，灯具每天耗用电量为：0.7~0.84KWH。则系统年平均发电量为用电量的1.3倍,并且在风力资源最低的8月份平均发电量也能保证在用电量的1.14倍,所以系统是可靠的。设计的配置方案能够满足路灯每天可靠亮灯10~12小时。
2、系统性能特点：
*智能充、放电控制，相对延长电池寿命
*工作模式：自动感光控制
*负载开路及短路保护，具备自恢复功能
*采用智能控制对LED灯进行恒流限压控制，具有过流，欠压保护，开路短路保护，
*控制系统采用工业级器件，适应高温、寒冷、潮湿的工作环境，
*安装、使用、维护方便。
五、路灯灯具布置设计
以30米宽的混凝土路面道路为例，假设该道路为次干路，车流较多，车速较快，则可选择双侧对称布置。灯具高度H=8.5米，间距S=25米，灯具悬挑长2米，则有效路宽为26米，根据国家照明标准要求，其照明平均照度Eav不低于5.6Lx，照度均匀度Emin/ Eav不小于0.35。
灯具采用超级LED路灯，功率为70W，其光通量为8000Lm，灯高8.5米道路平面等照度曲线为：
选用灯具道路平面照度曲线图
根据城市路面比较清洁的情况，选用路灯利用系数U=0.32（国际照明委员会推荐0.3），维护系数K=0.8；则路面平均照度为：
Eav =U xфx N x K/W x S
=0.32 x8000 x1 x0.8/13 x25
=6.3Lx
根据灯具的等照度曲线图可以得出其最小照度值Emin不小于3Lx则其平均均匀度为：
Emin/ Eav=3/6.3=0.47
所以该安装方案路面平均照度Eav=6.3Lx
平均均匀度Emin/ Eav=0.47符合国家标准要求。
