鐵路站場照明光源應用技術及經(jīng)濟效益分析

杜雅蘭，黃大鵬，阮志剛，徐嘯海

(中國鐵道科學研究院節(jié)能環(huán)保勞衛(wèi)研究所，北京 100081)

照明應用技術的評估應包括五大因素:即質量壽命、光效水平、節(jié)能效果、環(huán)保減排和性價比較。照明的質量壽命取決于光源的光衰速率;照明的光效水平取決于不同鐵路站場的照明效果，滿足相關的技術標準;而節(jié)能環(huán)保照明產品能否廣泛、迅速地被用戶接納采用，取決于其能效水平(節(jié)電能力)和能否給用戶帶來相應的經(jīng)濟利益和社會效益。

消費者購買高效節(jié)能照明產品一般會考慮兩個方面的影響:一是購買成本的上升;二是使用成本的下降。衡量節(jié)能照明產品對消費者的影響程度，可以通過對其壽命周期的成本分析、投資回收期分析和節(jié)能成本的分析獲得，明確哪種節(jié)能照明產品更經(jīng)濟合理，更容易被消費者接受采用。

1 節(jié)能效果和經(jīng)濟效益分析的主要參數(shù)［1］

(1)壽命周期成本

壽命周期成本(LCC)是購買產品價格(PC)與使用產品成本(OC)之和。

式中:PC——購買價格包括初始安裝成本，如設備及安裝人工費等;

OC——使用成本產品在整個壽命周期內考慮到折現(xiàn)因素后的使用成本，包括電費和壽命期內更換光源的費用;

OCt——壽命周期第t年的使用成本，包括電費和照明維修的費用;

r—折現(xiàn)率，折現(xiàn)是指節(jié)能照明產品未來(壽命周期)期間花費(節(jié)省)的貨幣值要低于目前同等面額的花費(節(jié)省)值，因此在計算回收投資資金時應考慮回收資金的折現(xiàn)率;

N—壽命周期，一般以a計算。

光源的年壽命計算:

式中:L——光源的壽命(h);

BHY——每年的光源燃點時間(h)。

(2)投資回收期成本

投資回收期是回收采用節(jié)能照明產品增加的投資所需的時間。

投資回收期是購買價格(包括安裝費)的增加值與年使用的成本(包括安裝)下降值的比。

投資回收期的計算見公式(2):

式中:PAY——投資回收期 (a);

△PC——增加的購買價格 (元);

△E——年節(jié)約用電的費用(元);

△LRC——每年維修費用減少的成本(元)。

如果投資回收期長于產品壽命，就說明所降低的使用成本不足以抵消增加的購買成本，用戶的經(jīng)濟利益將受到損害，也就是說消費者買了這種產品，就要付出更高的成本，因而該產品就喪失了市場的價值。

(3)節(jié)能成本

節(jié)能成本是指在產品使用壽命期間，考慮到折現(xiàn)率的情況下，均以每年的成本增加值除以每年節(jié)省的電量。

節(jié)能成本的計算方法見公式(3):

式中:CCE——節(jié)能成本(元/kWh);

△PC——成本增加值(元);

△E——年節(jié)省的電量(kWh);

△CRF——每年投資資金回收率。

式中:PWF——現(xiàn)值系數(shù)。

節(jié)能成本值與節(jié)能產品的價格增量、能效水平(節(jié)電能力)有關，因而節(jié)能照明產品應不斷改進完善，降低節(jié)能成本，才能在市場上得到消費者的歡迎。當節(jié)能成本高于用戶支付的電費時，用戶經(jīng)濟利益受損，反之，當節(jié)能成本低于用戶支付的電費時，用戶獲得經(jīng)濟利益。

2 現(xiàn)場對比試驗光源及經(jīng)濟效益分析

根據(jù)上海局、沈陽局目前光源使用的現(xiàn)狀，通過對LED光源與各種既有光源進行的現(xiàn)場對比試驗，提出了節(jié)能光源的主要技術參數(shù)，綜合對比分析節(jié)能效果及經(jīng)濟效益。

在上海局的4個不同作業(yè)場所和沈陽局的1個作業(yè)場所進行了現(xiàn)場對比試驗，對比的具體燈具數(shù)量及用電量詳見表1。

表1 LED光源與既有光源燈具性能參數(shù)對照表

表1說明:在同一作業(yè)場所、對比燈具個數(shù)和燈具使用時間均相同的情況下，LED光源與既有光源相比，單個燈具功率小、照明用電量少，最大照度值接近既有光源甚至高于既有光源。

對產品的壽命周期、投資回收期和節(jié)能成本進行定量分析，綜合對比、計算出節(jié)能效果及經(jīng)濟效益。部分計算參數(shù)由國家發(fā)改委能源所提供(2008版，www.shanshui.0rg/CO2/)。

(1)嘉興站站臺對比試驗光源及經(jīng)濟效益分析

嘉興一站臺選用的兩種光源對比，是將燈具數(shù)量和使用時間統(tǒng)一，進行節(jié)能效益分析。分別選用26盞20 W LED燈和4×18W節(jié)能燈進行數(shù)據(jù)對比。從額定功率和用電量的對比計算結果分析:在相同的時間內，節(jié)能燈與LED燈功率比為1.39，實際用電量比為2.96。

若均按 1元/kWh、CO2排放量均按 0.96 kg/kWh計算，20W LED燈比4×18W節(jié)能燈每年少用2.28萬kWh;節(jié)省2.28萬元用電費用，相當于節(jié)省72%的用電量，LED的壽命為50 000 h，節(jié)能燈的壽命為10 000 h，投資改造費用回收期為2.5 a;5 a可少產生22 t CO2的排放量。即 LED燈的照明效果接近于節(jié)能燈的照明效果，而LED燈的節(jié)能減排效果顯著。

(2)喬司編組站燈橋對比試驗光源及經(jīng)濟效益分析

喬司編組站燈橋選用LED燈與鈉燈對比節(jié)能效果分析。選用20個185W的 LED，替換20個400W高壓鈉燈，同一燈橋的燈具安裝高度相同，燈橋長度為160 m，燈具間隔在3～5 m左右不等，共40盞。相同工作時間的條件下，兩種光源的額定功率、用電量的對比計算結果為:功率比為2.16;實際用電量比2.19。

若均按 1元/kWh、CO2排放量均按 0.96 kg/kWh計算，185 W LED燈比400W高壓鈉燈每年少用1.17萬kWh;節(jié)省電費1.17萬元，相當于節(jié)省57%的用電量，LED的壽命為50 000 h，高壓鈉燈的壽命為32 000 h，投資改造費用回收期為3.1 a;5 a少產生107 t CO2的排放量。即鈉燈實際用電量是LED燈的兩倍多，其他元件包括線路的電量損耗也稍大于LED的電量損耗。LED燈較高壓鈉燈具有很好的節(jié)能效果。

(3)嘉興站候車室對比試驗光源及經(jīng)濟效益分析

嘉興站1號候車室選用15盞100 W LED燈與2號候車室的250 W金鹵燈進行對比節(jié)能效果分析。候車室長×寬=24 m×16 m，燈具懸掛高度H=8 m(此處大于4 m);兩種光源用電量比值為 1.81，輸出功率比為 2.12;若均按1元/kWh、CO2排放量均按0.96 kg/kWh計算，100 W LED燈比250W金鹵燈每年少用7.67萬kWh;節(jié)省電費7.67萬元，相當于節(jié)省63%的用電量，LED的壽命為50 000 h，金鹵燈的壽命為13 000 h，投資改造費用回收期為3.1 a;5 a少產生74 t CO2的排放量。

(4)長春站候車室對比試驗光源及經(jīng)濟效益分析

長春站第二候車室選用 LED燈與熒光燈進行對比節(jié)能效果分析。為了統(tǒng)一對比，選用的9W LED燈和36 W熒光燈的理論參數(shù)進行對比分析，分別選用87盞9W LED燈和36 W熒光燈進行數(shù)據(jù)對比，若均按1元/kWh、CO2排放量均按0.96 kg/kWh計算，9W LED燈比36 W熒光燈每年少用1.45萬kWh;節(jié)省電費1.45萬元，相當于節(jié)省77%的用電量;5 a少產生14 t CO2的排放量，LED的壽命為 50 000 h，熒光燈的壽命為13 000 h，因此，投資改造費用回收期為1.6 a。

(5)LED燈與白熾燈對比節(jié)能效果分析

根據(jù)市場調查，可選用100盞9 W LED燈和36 W白熾燈進行數(shù)據(jù)對比，若均按 1元/kWh、CO2排放量均按0.96 kg/kWh計算，9W LED燈比36 W白熾燈每年少用1.40萬kWh;節(jié)省電費1.40萬元，相當于節(jié)省80%的用電量，LED的壽命為50 000 h，白熾燈的壽命為1 000 h，投資改造費用回收期為1.7 a;5 a少產生13 t CO2的排放量。

3 鐵路站場照明應用的節(jié)能效果分析

為了統(tǒng)計方便，以上海局調研的數(shù)據(jù)為依據(jù)，計算出上海局的節(jié)能和減排的參數(shù)，然后再推算出全路的節(jié)能減排效果。

表2所示:上海局全局光源數(shù)量214 514個，若選用LED燈替代所有不同功率的既有光源后，每天按12 h用電時間計算，年節(jié)約用電量4 346.50萬 kWh，節(jié)省電費 4 347萬元，減少41 726 t CO2氣體排放量。

全國有鐵路局18個，若均按照上海局2008年的規(guī)模統(tǒng)計方法計算，全路節(jié)能減排效果參數(shù)詳見表3。

表3所示:站場光源數(shù)量約 3861 252個，選用節(jié)能光源替代全部不同功率的既有光源后，每天按12h用電時間計算，年節(jié)約用電量78 237.18萬kWh，節(jié)約78 237萬元費用，減少75.11萬 t CO2排放量。

表2 2008年上海局站場照明光源數(shù)量、安裝功率、節(jié)能減排參數(shù)表

表3 全路站場照明光源數(shù)量、安裝功率、節(jié)能減排參數(shù)表

4 結論

照明的質量和水平及其節(jié)能環(huán)保效益已成為人類社會現(xiàn)代化程度的一個重要標志之一 ，也是人類社會可持續(xù)發(fā)展的一項重要的措施。

經(jīng)過實際調查及分析對比，建議光源和燈具方面采用下面替換方案:

●用LED光源替代白熾燈、普通熒光燈或節(jié)能燈;

●用LED光源替代部分金鹵燈、高壓鈉燈;

●用緊湊型熒光燈取代白熾燈;

●用T5熒光燈或三基色T8熒光燈替代老式普通T8管熒光燈;

●選用效率高、維護量少的燈具，同時加強管理，減少照明用電量;

●建議今后大力推廣新型節(jié)能光源的使用。

［1］ 綠色照明工程項目辦公室.中國建筑科學研究院綠色照明工程實施手冊［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2003.