公路运营能效等级及评定方法研究

公路运营能效等级及评定方法研究

主要内容技术路线2研究团队及工作基础43335工作难点主要研究内容对成果要求的理解31进度安排36经费安排371.对成果要求的理解（1）公路隧道照明能效等级及评价方法（2）公路供配电系统能效等级划分及评定方法研究（3）公路沿线机电产品能效等级及评定方法研究公路外场监控摄像机公路收费车道交通信号灯车道控制标志1.对成果要求的理解（1）公路隧道照明能效等级及评价方法在公路隧道新建和改造工程中，照明节能技术及产品获得了较为广泛的应用。相比于传统的隧道照明设计，隧道建设单位通过选用节能型照明光源和节能控制技术可以有效的降低能源消耗，收到了良好的社会、经济效益。但与此同时，由于缺乏科学且统一的隧道照明节能评价方法，公路隧道照明节能应用的节能效果，所选用节能产品和节能技术的先进性、适宜性也很难得到准确、公平的评价。公路隧道照明节能现状1.对成果要求的理解（1）公路隧道照明能效等级及评价方法公路隧道照明设计根据隧道所处路段的设计车速、交通流量、洞口亮度、朝向等参量对隧道内不同照明段的照明指标有着明确的规定。由于影响公路隧道照明亮度需求的条件往往处于变化之中，在采用照明节能技术时，尤其是应用动态调光控制技术的情况下，如何实时测试、分析照明水平与需求的符合性，不仅在技术方面需要解决，在规范要求上更需要予以规定。公路隧道照明的复杂性1.对成果要求的理解（1）公路隧道照明能效等级及评价方法公路隧道照明节能评价方法应建立在保证隧道运营安全所需的照明水平基础上：综合考虑光源、控制、供配电等方面对照明节能的影响，提出科学、准确、高效的节能评价指标和测试、计算方法；根据隧道建设规模予以合理分类，确定不同类别，不同等级的公路隧道照明能耗允许水平。研究宗旨1.对成果要求的理解（2）公路供配电系统能效等级划分及评定方法研究目前已有部分单一用能设备的能效等级、评定方法，但是整个供配电系统的能效并不是简单的单一设备能效的累计，因此如何制定统一、规范、可操作性强的供配电系统自身能效评价方法非常迫切并十分重要。本项目成果要求是编制《公路供配电系统能效等级及评定方法标准草案》，该草案应包括标准的适用范围、术语及定义、系统能耗等级划分方法、系统能耗评定方法等。1.对成果要求的理解供配电系统的能耗等级及评定方法应充分考虑公路沿线收费站、服务区、养护工区、外场监控设施、隧道等不同场景，提出供配电系统自身能效等级的界定和划分原则、级别数、各等级的基准值，提出不同场景下供配电系统的自身能效测试方法、流程以及使用的设备；结合不同负载的构成，提出系统能效评定的指标参数，形成公路供配电系统综合能效评定指数，提出公路供配电系统能效水平表达方法。（2）公路供配电系统能效等级划分及评定方法研究1.对成果要求的理解一期项目所针对的主要是公路领域单机能耗较大，应用较为集中的机电产品。而诸如公路外场监控摄像机、车道控制标志和公路收费车道交通信号灯等用量较大，分布较为分散，但单机能耗较小的设备尚未涉及。（3）公路沿线机电产品能效等级及评定方法研究开展上述产品的能效等级及评定方法研究主要基于两方面的原因：1.对成果要求的理解①机电产品在公路行业的应用越来越普及，且在公路沿线呈分散布设的特点，安装地点往往位于电网供电不便的区域，这一情况在高速公路以外的国、省道上尤其多见，为小功率负载敷设供电线缆的建设、维护成本很高，工程中常常采用新能源供电的方式为负载供电。此时，公路机电产品的耗电量将直接决定所选用太阳能光伏电池、风机和蓄电池等的容量，所带来的建设、维护费用已不能简单的用耗电量的绝对值来衡量。（3）公路沿线机电产品能效等级及评定方法研究1.对成果要求的理解②在前期研究和测试过程中发现小功率公路机电产品多存在以下问题：同类型机电产品间的功率差异性较大，虽然绝对值并不高，但与其自身功率相比，差值比例较高；小功率机电产品的功率因数偏低；产品功率标称值虚高，由于其绝对功率值偏小，机电产品的生产单位对其并不重视，保守起见标称功率大于实际功率的情况非常多见，这就为产品后续设计、应用带来了极大的不便。（3）公路沿线机电产品能效等级及评定方法研究两个系统公路隧道照明系统公路供配电系统2.主要研究内容（1）系统与产品应用现状调查分析三个产品公路外场监控摄像机收费车道交通信号灯车道控制标志调研内容包括：相关系统和产品在公路领域的应用现状、能耗情况以及相关产品和技术的发展趋势开展调研制定符合公路行业节能需求，具有针对性的测试、评价方法和研究方案。2.主要研究内容（2）能效评定方法研究与数据采集1）公路隧道照明系统能效评定方法①保障照明功能性在公路隧道采用任一技术或产品实现照明节能时，其前提是要保证隧道照明的基本功能——行车安全性，提出有效且更为高效的照明安全性评估方法是照明节能评价测试有效实施的重要保证。②保障评价公平性公路隧道照明设计指标取决于隧道地理位置、朝向、设计车速和车流量等多个变量不同隧道照明段亮度需求不同；不同隧道不同照明段的长度不同；不同照明段占隧道总长度的比例也不相同。2.主要研究内容（2）能效评定方法研究与数据采集③保障结果可靠性通过隧道工程现场测试，隧道运营管理单位数据采集和实验室模拟隧道测试等相结合的方法，收集、统计不同长度、不同朝向，应用不同类型照明灯具和照明控制方式的公路隧道照明能耗数据。其样本量至少应涵盖当前公路隧道常用的高压钠灯、LED灯具，分级调光、分路调光，程控模式和动态调光模式等类型的公路隧道照明系统。2.主要研究内容（2）能效评定方法研究与数据采集2）公路供配电系统能效评定方法①能效等级划分方法

结合目前公路供配电系统用电设备及系统的用能特点，分析不同场景下供配电系统的技术原理，确定供配电系统的能效测试参数，提出由不同负载构成的供配电系统的能效检测方法；

结合现有用能设备及系统的能效测试数据，从变压器、补偿柜、电缆、供电距离等方面研究多种用电环境下各类用电设备工作时供配电系统的能效等级划分方法，提出能效等级的划分原则、级别数、各等级的基准值。2.主要研究内容（2）能效评定方法研究与数据采集3）公路沿线机电产品能效评定方法本项目主要研究的公路沿线机电产品包括公路外场监控摄像机、车道控制标志和收费车道交通信号灯，三者均具有单机能耗小，工程应用量大，产品间能耗水平差别大的特点，前者往往需要在偏离供电电网的区域使用，与新能源供电技术结合较多，而后两者则常常存在功率因数偏低的情况。能效评定方法均需要基于满足产品的正常功能性需求，即产品在使用环境中工作的可靠性和有效性。数据主要来源于厂家测试数据、国家交通安全设施质量监督检验中心测试数据和项目组现场、实验室测试数据的收集整理。2.主要研究内容（2）能效评定方法研究与数据采集3）公路沿线机电产品能效评定方法公路外场监控摄像机能耗单元除监控、通信的基本构成单元外，根据使用环境和需求的不同，还可能安装有云台、雨刷、加热器等配件。摄像机的工作模式和不同类型用电配件的工作状态及持续时间是研究的重点，能效等级和评定方法研究过程中既要保证产品测试的普适性，还要考虑符合工程应用的实际需要。2.主要研究内容（2）能效评定方法研究与数据采集3）公路沿线机电产品能效评定方法车道控制标志和公路收费车道交通信号灯主要能耗单元都是LED，其基本作用也是为公路使用者传递公路运营管理单位发布的信息。其能效评价方法研究的前提就需要保证被测试产品的视认性能及光学指标符合相关标准的要求，在此基础上评价产品能耗。根据前期研究发现的问题，该类型产品还需要对功率因数指标进行测试和限定。2.主要研究内容（3）能效等级划分研究公路机电系统（产品）的能效等级划分研究将兼顾安全、节能和技术可靠的原则。在前期公路机电系统（产品）能效评价方法研究和数据采集的基础上，能效等级研究的首要工作是根据系统（产品）自身特点和在公路行业的应用实际，对公路隧道照明系统、公路供配电系统、公路外场监控摄像机、收费车道交通信号灯和车道控制标志进行分类。2.主要研究内容（3）能效等级划分研究公路隧道照明系统能效评定及分级的前提是隧道照明亮度、均匀度等指标符合国家和交通运输行业标准；分类依据是隧道长度、洞口朝向和洞外亮度、设计车速、流量等。公路供配电系统能效评定及分级的前提是供配电系统安全可靠的满足用电需求；按应用场景分类依据是收费站、服务区用电、外场监控照明用电、隧道用电、生活用电等；按能效主要影响因素分类依据是系统功率因数、供电距离、电缆损耗、元件损耗、功率补偿、谐波浪涌抑制能力等。2.主要研究内容（3）能效等级划分研究公路外场监控摄像机能效评定及分级的前提是摄像机的稳定工作；分类依据是摄像机是否包括云台，使用地点的低温要求等。车道控制标志和收费车道交通信号灯能效评定及分级的前提是产品发光单元的平均亮度和视认距离；分类依据是产品发光单元的轮廓尺寸等。确定被研究公路机电系统和产品的分类方法后，根据实际需要将其能效等级设定为三级或五级，其中一级为能效最高水平，最低一级为允许在公路领域采用的节能系统或产品的最低要求。3.技术路线项目总技术思路是：国内外现状调研→制订评价方法→能耗现场测试调查→理论分析→试验验证→划分能效等级→标准化研究。拟分别从公路隧道照明能效等级及评价方法、公路供配电系统能效等级划分及评定方法和公路沿线机电产品能效等级及评定方法等三个方面开展研究。3.技术路线1）现状调研调研内容主要分五方面展开，文献查阅结合现场实勘、用户调查2）能耗评价方法的前提是保证隧道照明质量合格，综合考虑隧道动态调光的影响3）能耗数据来源主要包括三个渠道4）根据隧道建设规模和现场特点对隧道进行分类5）构建公路隧道照明能效等级表3.技术路线1）带载供配电系统自身的能效测试方法

研究供配电系统自身能效的情况，提出不同环境下的能效测试方法、流程以及使用的设备。2）系统的能效等级划分方法研究各类用能设备、系统的能效的总体情况，提出能效等级的划分原则、级别数、各等级的基准值。3）多层次、多粒度公路供配电系统节能效果的综合评定指标体系构建4）公路供配电系统节能效果评定指数研究3.技术路线1）资料调研2）机电产品能耗单元组成及分析分析重点能耗单元，以及使用环境和需求对产品能耗的影响3）能耗评价方法结合产品标准和公路应用特点，制定科学、合理的能耗评价方法4）数据来源主要是三个方面5）产品能效等级表4.工作难点（1）公路隧道照明系统的分类一般而言，隧道照明加强段单位长度的平均灯具安装功率是基本段的几倍甚至几十倍不等，这也就导致隧道长度和灯具安装总功率并不存在线形关系。另一方面，公路隧道不同照明段的照明需求取决于隧道朝向，洞口亮度、设计车速、交通流量等多个方面，其中部分指标还会随时间变化发生规律性或非规律性的改变。在能效统计中，由于单位长度照明加强段的权重和基本段的权重差距过大，而影响照明亮度需求的指标又过多，简单的按照隧道长度和影响变量进行分类都会导致能效等级表及其各等级的阈值缺乏公平性和可比性，如何合理、有效的建立隧道照明能效等级框架是本项目研究的难点之一。4.工作难点（2）公路供配电系统能效等级的划分1）公路供配电系统能效等级的划分用电负载复杂多样，用电设备品牌繁多，而不同系统实际能效并不是简单的单一设备能效组合，且目前能效计算方法并不统一。因此提出大众认可且较为合理的能效等级划分方法是本课题的工作难点之一。2）公路供配电系统能效评价指标体系的建立公路供配电系统中用电设施不仅包括用电负载，同时也包括供配电系统自身。如何结合公路供配电系统用电设施的特点，从用电系统、用电设备的不同粒度，以及从不同种类负载、不同类型系统的不同维度来构建能效评价指标体系，并以此开展适宜的评价方法研究也是本课题的技术难点之一。4.工作难点（3）外场监控摄像机的温度适应条件公路外场监控摄像机可能包括的用电单元主要包括摄像机主机、通信模块、云台、雨刷和加热器几个部分，其中摄像机主机和通信模块是外场监控摄像机的基本配置，云台和雨刷的使用频率较低但功率较大，加热器虽仅应用于低温条件下使用的外场监控摄像机，但在低温条件下工作时间较长，其自身功率在整个产品中所占比重也较大，在能效等级的分类中宜对上述因素予以考虑。在实际使用过程中，过细的类别划分不仅会带来能效等级标准使用的复杂性，也会对建设运营单位的选型带来困惑，如何保证能效等级表的简化有效是该部分研究的难点问题。5.研究团队及工作基础姓名年龄所在单位及部门职称现从事专业及时间杨勇33交通运输部公路科学研究所高级工程师光学工程韩文元51交通运输部公路科学研究所研究员交通工程蒋海峰37交通运输部公路科学研究所副研究员自动控制孙传姣34交通运输部公路科学研究所副研究员交通工程支晓伶37交通运输部公路科学研究所高级工程师自动控制白如月34交通运输部公路科学研究所助理研究员管理工程严明25交通运输部公路科学研究所研究实习员电子工程朱传征37交通运输部公路科学研究所副研究员电子工程王磊30交通运输部公路科学研究所工程师电子工程孟春雷40交通运输部公路科学研究院研究员智能交通及节能减排李斌41交通运输部公路科学研究院研究员智能交通蔡蕾32交通运输部公路科学研究院副研究员交通信息服务及节能减排李水泉41交通运输部公路科学研究院副研究员软件工程及智能交通符号25交通运输部公路科学研究院初级工程师通信工程卢京玲57交通运输部公路科学研究所副研究员机械工程房锐46云南省交通规划设计研究院正高级工程师公路工程鲍学俊41云南省交通规划设计研究院高级工程师机电工程亢若伏44云南省交通规划设计研究院工程师机电工程杨方勤36上海产业技术研究院高级工程师土木工程张良35上海产业技术研究院工程师电子工程尹椿榕44上海产业技术研究院工程师电子工程5.研究团队及工作基础前期研究基础交通运输部软科学项目《公路隧道照明节能技术标准化研究》交通运输部科技项目《太阳能在低功耗交通安全设施中的应用研究》江西省厅科技项目《长大公路隧道综合节能（照明、通风、供配电）技术应用研究及示范》广东省厅科技项目《罗阳高速公路隧道照明节能技术研究与示范》广东省政府引导性课题《高速公路LED隧道照明设计与施工技术指南》编制三部委15个示范工程《LED隧道照明产品应用示范工程实施细则》广东省科技项目《基于物联网技术的公路智慧型节能供配电关键技术研究》5.研究团队及工作基础前期研究基础部行业标准《收费车道通行信号灯》，已报批部行业标准《LED车道控制标志》（JT/T597-2004）国家标准《公路沿线设施太阳能供电系统通用技术规范》（GB/T24716-2009）部行业标准《公路用LED照明灯具》，已报批深圳市地标《深圳市城市道路照明设施设置设计技术标准》部行业标准《公路工程质量检验评定标准第二册机电工程》（JTG/F80-2013），已报批全国近100条高速公路监控、通信、收费和供配电系统的机电工程交竣工检测验收工作，为本项目积累了丰富的第一手资料和数据；承担全国公路机电产品检验和质量监督抽查等工作，为本项目的研究积累了丰富的机电产品技术指标和工程实测数据。5.研究团队及工作基础研究硬件条件在研究用仪器设备方面，项目承担单位拥有测试照明光源光通量、光谱功率分布、色温、显色性等光度、色度指标的光谱辐射分析仪、紫外分析仪、3米积分球，用于照明质量现场测试的影像式亮度计、镜头式亮度计和照度计，用于供配电系统和机电产品测试的电能质量分析仪，瓦特功率计、亮度计、环境试验箱、程控变频电源灯。在场景仿真实验方面，交通运输部公路科学研究所拥有400米长、18米宽，安装有基本照明的模拟隧道和按照最高设计标准安装有LED照明灯具照明加强段，搭配调光控制系统的250米长单车道模拟隧道各一条。5.研究团队及工作基础6.项目进度本项目研究时间为1年，起止时间为：2014年6月至2015年6月。（1）项目立项（2014年6月至2014年7月）文献资料收集和整理工作（2）能效评定方法研究（2014年8月至2014年10月）在保证被研究对象功能性和可靠性的前提下，制定科学、合理的系统（产品）能效评价方法，该方法需具有很强的可操作性。（3）能效数据的采集、整理工作（2014年11月至2015年3月）对项目研究对象能耗数据进行采集，分类梳理其节能技术能达到的能耗指标，为构建能效等级表提供数据支持。（4）能效等级表的建立和完善（2015年4月至2015年5月）对采集的系统和产品能耗数据进行归纳分析，结合产品特点和使用条件进行分类，进而确定各级阈值。（5）成果总结和验收阶段（2015年6月）编制完成研究报告和