機(jī)電設(shè)備節(jié)能減排關(guān)鍵技術(shù)

摘" 要：本文分析了高速公路機(jī)電設(shè)備中高能效技術(shù)的應(yīng)用難點(diǎn)，如設(shè)備更新滯后、能耗優(yōu)化技術(shù)不足等，提出了基于智能監(jiān)控系統(tǒng)和大數(shù)據(jù)分析的節(jié)能減排解決方案。研究?jī)?nèi)容包括LED照明改造、關(guān)鍵設(shè)備優(yōu)化維護(hù)策略以及大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的故障預(yù)測(cè)技術(shù)。通過(guò)對(duì)實(shí)際案例的分析，驗(yàn)證了技術(shù)方案在降低能源消耗和碳排放方面的效果。

關(guān)鍵詞：高速公路；機(jī)電設(shè)備； 節(jié)能減排；能效

高速公路機(jī)電設(shè)備作為高速公路運(yùn)營(yíng)的重要組成部分，其節(jié)能減排工作不僅關(guān)系到環(huán)境保護(hù)，也關(guān)系到運(yùn)營(yíng)成本的控制和經(jīng)濟(jì)效益的提升。然而，當(dāng)前高速公路機(jī)電設(shè)備節(jié)能減排技術(shù)的應(yīng)用還存在一些問(wèn)題，不僅影響了設(shè)備的能效，也造成了資源的浪費(fèi)。因此，研究高速公路機(jī)電設(shè)備節(jié)能減排技術(shù)，對(duì)于提升高速公路的運(yùn)營(yíng)效率和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

1.高速公路機(jī)電設(shè)備節(jié)能減排的重要性

機(jī)電設(shè)備作為高速公路運(yùn)營(yíng)的核心設(shè)施，其能源消耗和碳排放在高速公路整體運(yùn)行成本中占據(jù)較大比重[1]。以晉中高速公路為例，其設(shè)備覆蓋了775公里的路段，包括96條隧道，設(shè)備能耗集中于隧道照明、監(jiān)控設(shè)備和通風(fēng)系統(tǒng)等關(guān)鍵領(lǐng)域。據(jù)統(tǒng)計(jì)，照明系統(tǒng)能耗占比高達(dá)60%，但傳統(tǒng)高壓鈉燈和普通熒光燈的光效僅為60至80lm/W，而高效LED燈具的光效可達(dá)150lm/W，能效提升一倍以上。同時(shí)，隧道通風(fēng)系統(tǒng)中傳統(tǒng)定速風(fēng)機(jī)的能耗偏高，CO傳感器調(diào)控未實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，導(dǎo)致運(yùn)行能耗浪費(fèi)較大。此外，監(jiān)控設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行和視頻傳輸需要穩(wěn)定的電力供應(yīng)，但部分區(qū)域線(xiàn)路老化和設(shè)備性能不足，進(jìn)一步增加了能耗。通過(guò)引入高效LED燈具、智能亮度控制和基于CO濃度的動(dòng)態(tài)通風(fēng)調(diào)控系統(tǒng)，可將設(shè)備綜合能耗降低20%以上。這些技術(shù)措施的實(shí)施，不僅能降低運(yùn)營(yíng)成本，還能減少碳排放量，為節(jié)能減排提供技術(shù)支撐，如圖1所示。

2.高速公路機(jī)電設(shè)備節(jié)能減排技術(shù)優(yōu)化難題

2.1 技術(shù)更新滯后導(dǎo)致的能效低下

傳統(tǒng)機(jī)電設(shè)備技術(shù)落后，無(wú)法滿(mǎn)足現(xiàn)代節(jié)能需求。以晉中高速公路為例，大量設(shè)備仍在使用能耗高、光效低的高壓鈉燈和熒光燈，同時(shí)，隧道通風(fēng)系統(tǒng)中的風(fēng)機(jī)仍為固定頻率控制模式。這些設(shè)備雖然能夠滿(mǎn)足基礎(chǔ)運(yùn)行需求，但在高效能利用方面表現(xiàn)不足。晉中地區(qū)隧道通風(fēng)設(shè)備統(tǒng)計(jì)顯示，未優(yōu)化的通風(fēng)系統(tǒng)中單臺(tái)風(fēng)機(jī)年耗電量高達(dá)30萬(wàn)度，與智能化風(fēng)機(jī)控制系統(tǒng)相比，多耗電15%。此外，光電纜線(xiàn)路的老化問(wèn)題使監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸存在高達(dá)8%的丟包率，進(jìn)一步影響能效優(yōu)化[2]。這種技術(shù)更新滯后現(xiàn)象的根本原因在于更新成本高昂和更新周期內(nèi)的設(shè)備停運(yùn)風(fēng)險(xiǎn)。雖然近年來(lái)逐步引入了智能技術(shù)，但整體覆蓋率仍不足40%，亟需系統(tǒng)性技術(shù)升級(jí)以突破現(xiàn)有瓶頸。

2.2 數(shù)據(jù)采集與分析不足，影響決策效率

高速公路機(jī)電設(shè)備的能效優(yōu)化離不開(kāi)精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支撐，但目前數(shù)據(jù)采集與分析能力的不足是制約優(yōu)化的關(guān)鍵問(wèn)題。以監(jiān)控中心為例，部分?jǐn)z像頭和傳感器的數(shù)據(jù)采集頻率不足，每日采樣點(diǎn)數(shù)低于運(yùn)行所需標(biāo)準(zhǔn)，難以形成實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)模型。此外，舊有系統(tǒng)中視頻監(jiān)控設(shè)備的視頻清晰度低，導(dǎo)致故障檢測(cè)效率不足，間接增加了設(shè)備能耗。數(shù)據(jù)分析能力不足還導(dǎo)致了節(jié)能決策的盲目性，很多節(jié)能策略無(wú)法針對(duì)能耗大戶(hù)進(jìn)行優(yōu)化，需要通過(guò)大數(shù)據(jù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)分析和動(dòng)態(tài)調(diào)整。

2.3 維護(hù)人員素質(zhì)參差不齊，影響技術(shù)實(shí)施效果

維護(hù)水平的差異化直接影響機(jī)電設(shè)備節(jié)能減排技術(shù)的實(shí)施效果。基層維護(hù)人員對(duì)智能化設(shè)備的操作技術(shù)掌握不足，使高效設(shè)備的優(yōu)勢(shì)難以發(fā)揮[3]。例如，LED燈具的亮度調(diào)節(jié)、CO傳感器與風(fēng)機(jī)聯(lián)動(dòng)調(diào)控等技術(shù)，部分操作人員掌握得并不熟練，這使得設(shè)備始終運(yùn)行在較低效狀態(tài)。此外，由于技術(shù)培訓(xùn)和指導(dǎo)不到位，造成設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)無(wú)法快速響應(yīng)和解決，增加了運(yùn)維成本。未全面落實(shí)定期巡檢數(shù)據(jù)分析，進(jìn)一步導(dǎo)致設(shè)備故障頻發(fā)，延誤了節(jié)能目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

3.高速公路機(jī)電設(shè)備節(jié)能減排技術(shù)策略

3.1 引入高效技術(shù)設(shè)備

高速公路機(jī)電設(shè)備的節(jié)能減排需要從設(shè)備本身的技術(shù)更新入手，優(yōu)先引入高效設(shè)備和節(jié)能技術(shù)。以晉中高速公路為例，其信息中心在路段管理中應(yīng)用了LED照明改造技術(shù)。LED燈具的單燈功率為50W，相較于高壓鈉燈的150W，單燈每年可節(jié)省電力30000千瓦時(shí)。在隧道照明場(chǎng)景中，通過(guò)部署光感傳感器和智能控制器，LED燈具可動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)亮度以適應(yīng)環(huán)境光線(xiàn)條件，實(shí)現(xiàn)全天候節(jié)能運(yùn)行。在隧道通風(fēng)系統(tǒng)中，通過(guò)配置CO濃度傳感器并聯(lián)動(dòng)風(fēng)機(jī)變頻器，設(shè)備運(yùn)行時(shí)間顯著縮短。晉中高速公路單臺(tái)風(fēng)機(jī)優(yōu)化前的年耗電量為30萬(wàn)千瓦時(shí)，通過(guò)智能調(diào)控，全年減少200小時(shí)運(yùn)行時(shí)間。此外，晉中片區(qū)還應(yīng)用了新型抗老化光纖材料，其光纖傳輸損耗降低至每千米3dB以下，不僅提升了數(shù)據(jù)傳輸效率，還有效降低了設(shè)備供電能耗。監(jiān)控設(shè)備升級(jí)后，新增的自動(dòng)故障檢測(cè)模塊在外場(chǎng)攝像頭中得到應(yīng)用，能在第一時(shí)間生成故障報(bào)警并傳回監(jiān)控中心。結(jié)合智能化設(shè)備的應(yīng)用，晉中高速公路設(shè)備運(yùn)行能效得到明顯提升，運(yùn)營(yíng)成本得到有效控制。

3.2 推行大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的決策支持

大數(shù)據(jù)技術(shù)為高速公路機(jī)電設(shè)備的節(jié)能減排提供了強(qiáng)大的支持。晉中高速公路信息中心已建立覆蓋775公里路段的監(jiān)控平臺(tái)，其數(shù)據(jù)采集范圍涵蓋了7個(gè)路段，共1827路監(jiān)控?cái)z像頭、586臺(tái)隧道風(fēng)機(jī)以及多組CO濃度傳感器[4]。監(jiān)控平臺(tái)通過(guò)數(shù)據(jù)分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)啟停時(shí)間的智能調(diào)控，避免設(shè)備超負(fù)荷運(yùn)行。試運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示，隧道內(nèi)的CO濃度傳感器與風(fēng)機(jī)聯(lián)動(dòng)后，設(shè)備實(shí)際運(yùn)行時(shí)間減少，通風(fēng)效率提升。同時(shí)，誘導(dǎo)屏、情報(bào)板等設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)歸集分析，優(yōu)化了顯示內(nèi)容的發(fā)布效率，并減少了不必要的耗電現(xiàn)象。平臺(tái)的故障預(yù)測(cè)功能能夠?qū)υO(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行動(dòng)態(tài)評(píng)估，尤其是風(fēng)機(jī)、攝像頭等高頻使用設(shè)備，通過(guò)分析其歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，可以快速定位潛在的問(wèn)題區(qū)域。智能監(jiān)控平臺(tái)使設(shè)備平均修復(fù)時(shí)間從原來(lái)的8小時(shí)縮短至4小時(shí)，有效降低了因長(zhǎng)時(shí)間故障導(dǎo)致的能源浪費(fèi)。此外，大數(shù)據(jù)平臺(tái)還支持設(shè)備能耗的動(dòng)態(tài)優(yōu)化，例如，通過(guò)對(duì)光電纜傳輸數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，獲得了穩(wěn)定的監(jiān)控視頻清晰度，減少了重復(fù)數(shù)據(jù)傳輸所帶來(lái)的額外能耗。

3.3 加強(qiáng)預(yù)防性維護(hù)

預(yù)防性維護(hù)是機(jī)電設(shè)備節(jié)能減排的核心保障措施之一。晉中高速公路機(jī)電設(shè)備的日常維護(hù)內(nèi)容包括光電纜巡檢、攝像頭除塵、UPS電源檢測(cè)和設(shè)備接頭維護(hù)等。每季度都要對(duì)光電纜進(jìn)行全面巡檢，修復(fù)老化線(xiàn)路并更換關(guān)鍵部件，巡檢后線(xiàn)路故障率從每月3起降低到1起，顯著減少因線(xiàn)路中斷造成的信號(hào)傳輸耗電量。對(duì)監(jiān)控?cái)z像頭進(jìn)行清潔維護(hù)，能提高視頻圖像的傳輸質(zhì)量，減少丟包率。據(jù)統(tǒng)計(jì)，隧道段攝像頭在清潔維護(hù)后，其運(yùn)行故障率明顯降低，支持了視頻數(shù)據(jù)的高效傳輸。供電系統(tǒng)中的UPS電池每年要進(jìn)行兩次全面檢測(cè)，更換老化電池，保障高負(fù)載運(yùn)行時(shí)電力供應(yīng)的穩(wěn)定性。隧道通風(fēng)設(shè)備的CO濃度傳感器需定期進(jìn)行防護(hù)性檢修，避免因精度問(wèn)題引發(fā)的風(fēng)機(jī)過(guò)度運(yùn)行。此外，通過(guò)清理隧道照明系統(tǒng)中的防護(hù)罩，可以改善光效性能，使LED燈具的使用壽命延長(zhǎng)1.5倍。晉中片區(qū)信息中心采用預(yù)防性維護(hù)模式，在設(shè)備老化前進(jìn)行針對(duì)性調(diào)整，避免了因突發(fā)故障帶來(lái)的高能耗運(yùn)行現(xiàn)象，同時(shí)為節(jié)能減排提供穩(wěn)定的技術(shù)支撐。

3.4 提升維護(hù)人員技術(shù)能力

晉中高速公路每季度要舉辦維護(hù)技術(shù)培訓(xùn)，內(nèi)容涵蓋CO傳感器調(diào)校、風(fēng)機(jī)變頻調(diào)控、監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備調(diào)試等關(guān)鍵技術(shù)操作。通過(guò)技術(shù)培訓(xùn)，維護(hù)人員能夠熟練完成隧道風(fēng)機(jī)的聯(lián)動(dòng)設(shè)置和監(jiān)控?cái)z像頭的參數(shù)調(diào)整。培訓(xùn)后數(shù)據(jù)顯示，維護(hù)人員對(duì)智能調(diào)控設(shè)備的操作效率明顯提高，隧道風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)間與CO濃度匹配更加精確[5]。此外，為提升技術(shù)前沿性，晉中片區(qū)還通過(guò)技術(shù)交流會(huì)邀請(qǐng)?jiān)O(shè)備廠(chǎng)商講解光纖通信的升級(jí)方案，幫助維護(hù)人員掌握光電纜優(yōu)化技術(shù)。針對(duì)LED燈具的亮度調(diào)節(jié)和防護(hù)性維護(hù)，廠(chǎng)商提供的專(zhuān)項(xiàng)指導(dǎo)幫助維護(hù)團(tuán)隊(duì)更高效地實(shí)現(xiàn)了節(jié)能目標(biāo)。技術(shù)能力的提升還表現(xiàn)在對(duì)突發(fā)事件的快速響應(yīng)能力上，例如，通過(guò)統(tǒng)一培訓(xùn)后，維護(hù)團(tuán)隊(duì)能夠在設(shè)備故障發(fā)生后快速分析問(wèn)題，提供精準(zhǔn)解決方案。技術(shù)能力的持續(xù)提升，使晉中高速公路維護(hù)團(tuán)隊(duì)在減少設(shè)備能耗、提升運(yùn)行效率方面表現(xiàn)出色，為節(jié)能減排技術(shù)的全面應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

4.結(jié)語(yǔ)

綜上所述，通過(guò)加強(qiáng)節(jié)能技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，高速公路機(jī)電設(shè)備的能效顯著提升，實(shí)現(xiàn)了資源利用的優(yōu)化和減少碳排放的目標(biāo)。在未來(lái)的研究中，需進(jìn)一步探索基于人工智能的設(shè)備優(yōu)化技術(shù)，推動(dòng)節(jié)能減排技術(shù)的規(guī)模化應(yīng)用，為高速公路的綠色發(fā)展提供持續(xù)動(dòng)力。

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作者單位：山西交通控股集團(tuán)有限公司中部高速公路分公司