國電哈爾濱平南熱電廠2×330MW新建工程照明系統(tǒng)節(jié)能燈具的應(yīng)用

摘 要近年來，節(jié)約能源已經(jīng)成為全球范圍內(nèi)一個熱門話題。合理的電氣照明設(shè)計可以有效的提高能源的利用，達(dá)到“綠色照明(Green Light)”的目的。本文針對國電哈爾濱平南熱電廠2×330MW新建工程電氣照明系統(tǒng)中采取的節(jié)能措施進(jìn)行論述，并對LED光源、太陽能路燈、無極燈在該電廠應(yīng)用的可行性進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞熱電廠;新建工程;照明;節(jié)能燈具;應(yīng)用

中圖分類號TM923文獻(xiàn)標(biāo)識碼A文章編號1673-9671-(2009)121-0022-02

1概述

近年來，節(jié)約能源已經(jīng)成為全球范圍內(nèi)一個熱門話題，而其中的照明用電占有相當(dāng)大的比重。在我國，照明用電量約占全社會總用電量的12%，因此從長遠(yuǎn)節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境的角度來看，采用高效節(jié)能照明已成為當(dāng)務(wù)之急。據(jù)估算，節(jié)約1kW發(fā)電容量的投資不到新增發(fā)電容量造價的20%，利用新技術(shù)開展節(jié)能照明的潛力很大。

本文針對哈爾濱平南熱電工程的特點，從電氣照明節(jié)能角度出發(fā)，探討照明節(jié)能的主要技術(shù)措施。

2合理應(yīng)用新型節(jié)能光源

能源短缺和環(huán)境污染問題是我國可持續(xù)發(fā)展急需解決的問題，隨著新能源的不斷出現(xiàn)，太陽能路燈和LED光源已經(jīng)走進(jìn)我們的生活和工作中，這兩種節(jié)能光源將成為電廠照明中新一代節(jié)能環(huán)保的綠色光源。

2.1太陽能路燈

2.1.1 太陽能路燈的優(yōu)點

太陽能路燈是近幾年新型的節(jié)能燈具，它具有一次性投資、無長期運(yùn)行費(fèi)用、安裝方便(不需挖溝、敷設(shè)電纜)、免維護(hù)、使用壽命長等特點，不會對原有植被、環(huán)境造成破壞。但因為其光源一般采用LED或直流節(jié)能燈，其照明功率只有50W～130W，而在哈爾濱平南熱電廠中運(yùn)輸?shù)缆?、施工道路、正常運(yùn)行道路一般為6米寬，要求的照明值為5LX左右，因此照明功率只有50W～130W的太陽能路燈還不能滿足這個要求。電廠的廠前區(qū)可以采用太陽能草坪燈、庭院燈、景觀燈等，這些燈具以太陽光為能源，白天充電，晚上使用，無需進(jìn)行復(fù)雜昂貴的管線鋪設(shè)，而且可以任意調(diào)整燈具的布局，即起到了美化電廠的作用也達(dá)到了節(jié)能的目的。

2.1.2 太陽能路燈存在的問題

1)太陽能光伏系統(tǒng)的效率低，太陽能電池的轉(zhuǎn)換率只有17%左右，因此提高電池組件的轉(zhuǎn)換率，降低單位功率造價是太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)化的重點和難點。

2)太陽能電池的容量小，目前太陽能電池還很難使用在主干道照明上。

3)哈爾濱平南熱電廠地處北方冬季寒冷的地理環(huán)境和氣候條件，影響到太陽能電池的儲能容量。

4)太陽能路燈的光源目前都采用LED光源，LED光源的特點是表面亮度高，但整體光通量并不高。在燈具垂直下方有極高的亮度，但在偏離該點的一定距離內(nèi)，亮度很低。按照《火力發(fā)電廠和變電站照明設(shè)計技術(shù)規(guī)定》DL/T5390-2007的要求，電廠的路燈間距一般在30m~40m左右，燈桿高度在7~8m，因此理論上在兩燈的中間很大部分很難達(dá)到照度要求(照度值為5LX)。

5)目前LED光源外部的封裝材料為環(huán)氧樹脂，環(huán)氧樹脂在太陽照射和低溫的條件下易老化，電廠的自然狀況對環(huán)氧樹脂的老化起到了加速作用。

6)太陽能路燈的價格是普通路燈的3~4倍，目前價格昂貴。

7)太陽能產(chǎn)品的質(zhì)量亟待提高，近年來，太陽能光伏技術(shù)發(fā)展很快，產(chǎn)品生產(chǎn)廠家如雨后春筍。但是，有些產(chǎn)品沒有形成系列，質(zhì)量參差不齊，甚至在光源的選擇以及電路設(shè)計中存在許多缺陷，降低了產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。同時，國家缺少相應(yīng)的產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和檢測系統(tǒng)，使太陽能光伏技術(shù)產(chǎn)業(yè)化受到影響。

綜上所述，目前要在哈爾濱平南熱電廠廠區(qū)道路照明設(shè)計中，大面積使用太陽能路燈的主、客觀條件都不成熟，還為時尚早。建議在一段較為偏僻的廠區(qū)道路區(qū)域，安裝使用若干套太陽能路燈，實際運(yùn)行一段時間，掌握太陽能路燈實際運(yùn)行效果和節(jié)能效益。

2.2LED光源

LED又稱發(fā)光二極管，它們利用固體半導(dǎo)體芯片作為發(fā)光材料，當(dāng)兩端加上正向電壓，半導(dǎo)體中的載流子發(fā)生復(fù)合，放出過剩的能量而引起光子發(fā)射產(chǎn)生可見光。

2.2.1 LED光源的優(yōu)點

1)省電、節(jié)能、環(huán)保。LED的發(fā)光原理與白熾燈和氣體放電燈的發(fā)光原理都不同，LED光源的能量轉(zhuǎn)化效率非常高，理論上可以達(dá)到白熾燈10%的能耗，LED相比熒光燈也可以達(dá)到50%的節(jié)能效果。節(jié)能效果顯著，無疑具有十分重要的意義。LED還可以與太陽能電池結(jié)合起來應(yīng)用，節(jié)能又環(huán)保。其本身不含有毒有害物質(zhì)(如:汞)，避免了熒光燈管破裂溢出汞的二次污染，同時又沒有干擾輻射。

2)使用壽命長。采用電子光場輻射發(fā)光，燈絲發(fā)光易燒、熱沉積、光衰減等缺點。而采用LED燈體積小、重量輕，環(huán)氧樹脂封裝，可承受高強(qiáng)度機(jī)械沖擊和震動，不易破碎。平均壽命達(dá)10萬小時。LED燈具使用壽命可達(dá)5～10年，可以大大降低燈具的維護(hù)費(fèi)用。

3)光色純正。由于典型的LED的光譜范圍都比較窄，不像白熾燈那樣擁有全光譜。因此，LED可以隨意進(jìn)行多樣化的搭配組合，特別適用于裝飾等方面。

4)防潮、抗震動。由于LED的外部多采用環(huán)氧樹脂來保護(hù)，所以密封性能和抗沖擊的性能都很好，不容易損壞，可以應(yīng)用于水下照明。

2.2.2 主要應(yīng)用領(lǐng)域

1)交通信號燈、指示燈。LED光源表面亮度高，使用壽命長，能保持良好的指示功能。

2)汽車車燈的應(yīng)用。汽車也是LED產(chǎn)品的市場。由于LED燈具有省電、小型且可平面化安裝、響應(yīng)快速、易于計算機(jī)控制、抗震性等優(yōu)點，發(fā)達(dá)國家都在大力開發(fā)車用LED燈。應(yīng)用范圍從車內(nèi)的顯示面板、裝飾燈、照明燈，到車外的剎車燈、轉(zhuǎn)向燈、指示燈等。 但LED燈還沒有用于汽車正常行駛照明的前照燈。

3)背光源。LCD背光源是LED產(chǎn)品的最大應(yīng)用市場之一，主要集中在TFT彩屏的背光。LED背光源具有良好的顯色特性且環(huán)保，是LCD背光源市場的主流。LED背光源在手機(jī)等PDA產(chǎn)品上已成功應(yīng)用，并伴隨著LCD平板顯示市場的快速發(fā)展，保持高速增長。隨著LED發(fā)光效率的不斷提高，必將應(yīng)用于更大尺寸LCD屏的筆記本電腦、電腦顯示器和LCD-TV中，市場潛力無限。

4)特種照明燈。特種照明燈，主要品種有防爆燈(含礦燈)、軍用特種燈、閃光燈、應(yīng)急燈、手電筒、文物與藝術(shù)品照明燈、皮革與首飾裝飾燈、特種醫(yī)療用燈、農(nóng)作物生長用燈、太陽能LED燈等等。

盡管目前LED成為大家倍受推崇的節(jié)能光源，但在哈爾濱平南熱電電廠照明設(shè)計中，采用LED光源還存在許多實際問題。

3.2.3 普及應(yīng)用LED存在的主要技術(shù)問題

1)LED的亮度很高，但是它的光通量卻很低，在指示照明上很實用，但是用在普通照明上卻不是很適合。

2)LED的顯色性問題，現(xiàn)有的白光LED多數(shù)采用兩種途徑實現(xiàn):一是各種顏色的LED混光成為白光;還有就是用藍(lán)光或者紫外線激發(fā)熒光粉發(fā)出白光。尤其是激發(fā)熒光粉的方法使LED中的藍(lán)光含量偏高從而使整個LED的色溫偏高，而其他光譜含量少，所以顯色指數(shù)低。對于人的眼睛來說顯色性比光的強(qiáng)弱更為敏感，顯色指數(shù)低的光源都不適合用在普通燈具上。

3)LED光源對電壓質(zhì)量的要求高，不能承受大的電壓波動。而在電廠的輸煤系統(tǒng)，大功率的電動機(jī)啟停頻繁，造成廠用電壓波動很大。

4)LED外部的環(huán)氧樹脂受溫度的限制很大，越是在周圍溫度高的環(huán)境中使用，樹脂的劣化越快。同時，電流通過LED時，LED芯片會發(fā)熱。該溫度越高(電流通過的多)，周邊樹脂的溫度也會變高，則劣化將加快。在電廠的鍋爐本體周圍，環(huán)境溫度可達(dá)40℃左右，因此如果在此環(huán)境下使用LED光源，很難達(dá)到LED標(biāo)稱的壽命(10萬小時)。

5)另外由于封裝技術(shù)有差異，造成各種顏色的LED光源壽命和光衰減并不能達(dá)到理論上的指標(biāo)，其他還有散熱問題和LED價格問題等。這些原因都限制了LED燈具在現(xiàn)階段的使用，造成LED照明燈具暫時還只能處于在電廠試應(yīng)用階段，通過應(yīng)用發(fā)現(xiàn)存在的問題，以便光電子行業(yè)與照明行業(yè)共同解決。

2.2.4 LED光源在哈爾濱平南熱電工程的應(yīng)用

依據(jù)LED光源的實際技術(shù)性能、特點，本工程在照明設(shè)計中，出入口指示燈以及消防疏散指示燈可采用LED光源。

2.3高頻無極燈

高頻無極燈主要由高頻發(fā)生器、功率耦合器和玻璃泡殼三部分組成。高頻發(fā)生器為耦合器提供一個高頻能量來激發(fā)和維持燈泡內(nèi)的氣體放電，耦合器是把能量從高頻發(fā)生器經(jīng)鋁制底座輸入燈泡內(nèi)的器件，燈泡主要是一玻璃燈泡，主要由涂有保護(hù)膜和三基色熒光粉的泡殼、內(nèi)管、汞氣、輔助汞氣及燈頭等組成，內(nèi)部充有低氣壓汞和惰性緩沖氣體，在燈泡中間有一玻璃內(nèi)管，內(nèi)管里面是耦合器。

高頻無極燈是利用高頻電磁場激發(fā)燈泡內(nèi)的低氣壓汞和惰性緩沖氣體放電產(chǎn)生紫外線，紫外線再激發(fā)燈泡內(nèi)壁上的熒光粉而發(fā)出可見光。

優(yōu)點是:能瞬時啟動，壽命長，無頻閃、功率因數(shù)高。缺點是:價格不菲，產(chǎn)品質(zhì)量有待時間考驗。

目前無極熒光燈光源在燈具配合方面與其它光源的燈具不能互換，需要有專門燈具。初始成本較高，使用經(jīng)驗少。各無極燈的生產(chǎn)廠家提供的參數(shù)各有不同，且國家沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，至于在節(jié)能方面是否優(yōu)于金屬鹵化物燈、節(jié)能燈和高壓鈉燈有待今后實踐證明，故本工程不建議大量采用無極燈。

3采用節(jié)能鎮(zhèn)流器

節(jié)能燈的附件之一鎮(zhèn)流器也是耗能產(chǎn)品。通常的電感式鎮(zhèn)流器雖然可起到鎮(zhèn)流作用，但是消耗的電能相當(dāng)于匹配的熒光燈功率的20 %，且功率因數(shù)僅為0. 4～0. 5，故其無效功耗和額外線損很大。另外還存在噪音大、頻閃污染嚴(yán)重、壽命短等缺點。而新型電子鎮(zhèn)流器不僅本身功耗很低(以配36W熒光管用電子鎮(zhèn)流器為例，其功率僅為1～3W) ，且功率因數(shù)高達(dá)0. 9 以上，線損也大為降低，電網(wǎng)質(zhì)量得以提高。本工程中采用優(yōu)質(zhì)節(jié)能電子鎮(zhèn)流器和節(jié)能型電感鎮(zhèn)流器是節(jié)能措施之一。

4照明控制

在電廠中，照明燈具的數(shù)量繁多，燈具的開、關(guān)不是始終一樣的，明、暗程度也不是不變的，總之，加強(qiáng)對燈具投入的控制，節(jié)能也顯著。選用適當(dāng)?shù)目刂品绞?，最大限度的?jié)約能源，具體實施方案如下:

1)室內(nèi)照明線路宜細(xì)化，選擇適當(dāng)位置，多設(shè)開關(guān)，以便根據(jù)需要開燈和關(guān)燈。

2)為了不影響整個房間的照明，靠近窗戶的照明器應(yīng)單獨(dú)設(shè)置開關(guān)，以便充分利用自然光。

3)對于不經(jīng)常有人的場所(如配電間、繼電器室等)，在主要出入口設(shè)置開關(guān)，以便人走燈滅。

4)在辦公樓的樓梯、走廊及一些需要短時照明的場所，采用聲光控開關(guān)和延時開關(guān)，避免常開常亮，同時也達(dá)到了節(jié)能和延長光源壽命的目的，減少了維護(hù)量。

5)車間內(nèi)按照生產(chǎn)工藝要求分區(qū)設(shè)置開關(guān)。

6)道路、煤場、油區(qū)等露天場所采用光電開關(guān)，實現(xiàn)照明系統(tǒng)的控制。

7)室外照明采用三相供電，隔盞換相，以便根據(jù)需要提供不同的照度，節(jié)約電能。

5結(jié)論

哈爾濱平南熱電廠作為即將新建的綠色電廠，節(jié)能、創(chuàng)優(yōu)是設(shè)計追求的目標(biāo)。電光源是照明節(jié)能的主體，因此對照明我們將具體實施如下:

1)控制室、繼電器室、配電間和辦公室等識別顏色要求較高或經(jīng)常有人工作的場所選用T8、T5等型號熒光燈。

2)主廠房運(yùn)轉(zhuǎn)層選用大功率金屬鹵化物燈。

3)220kV配電裝置、變壓器場地選用金屬鹵化物燈。

4)汽機(jī)房選用長壽命金屬鹵化物燈。

5)鍋爐本體、道路和輸煤系統(tǒng)等選用高光效鈉燈。

6)輔助生產(chǎn)車間選用高顯色鈉燈或金屬鹵化物燈。

7)直流事故照明、頻繁開啟照明的場所選用白熾燈。

8)室內(nèi)通道、樓梯間、衛(wèi)生間等場所選用節(jié)能燈(緊湊型熒光燈)。

9)安全疏散通道和出入口指示選用LED光源。