Уличное освещение

3. Уличное освещение

 

3.1 Выгода перехода от ламп ДРЛ к «натриевым»

Появление новых технологий в системах уличного освещения позволяет получить большой экономический эффект. Практика показывает, что при их внедрении потенциал экономии электроэнергии в большинстве муниципальных систем уличного освещения может составлять более 50 %.

В рамках разработанной Федеральной целевой программы "Энергосбережение России" многие регионы разработали свою концепцию энергосбережения, отличающуюся отдельными разделами, отражающими специфику региона, муниципального образования. Но во всех программах присутствуют мероприятия по совершенствованию светильников и светотехнического оборудования, эксплуатации и модернизации городского электроосветительного хозяйства.

В большинстве муниципальных образований РФ имеет место сильный физический износ осветительного оборудования, освещенность дорог ниже нормы в 2-3 раза, светильники имеют устаревшую конструкцию (эксплуатация отражателя без защиты от попадания влаги и пыли приводит к потере светотехнических характеристик и снижению КПД), в светильниках используются низкоэффективные лампы накаливания (светоотдача 12 лм/Вт) и ртутные лампы типа ДРЛ (светоотдача 55 лм/Вт).

Большую экономию электрической энергии дает модернизация уличного освещения, основанная на замене светильников с ртутными лампами и лампами накаливания на более эффективные натриевые (ДНаТ).

Помимо энергосбережения (в части электроэнергии) модернизация систем уличного освещения позволяет сократить потребляемую мощность. Это особенно важно для регионов, в которых ощущается дефицит мощностей.

Реконструкция системы уличного освещения приводит к целому ряду важных социальных аспектов. Известно, что социальная и экономическая сферы неразрывно связаны между собой и изменения социального характера обычно влекут за собой изменения в финансовой сфере.

При недостаточном освещении водители планируют основную часть поездок в дневное время. Из-за увеличения интенсивности движения транспорта происходит более быстрое разрушение дорожного покрытия. Следовательно повышение эффективности уличного освещения экономически связанно со снижением затрат на эксплуатацию дорог.

Качественное уличное освещение обеспечивает жителям городов чувство безопасности и комфорта, что позволяет людям избавиться от "страха перед ночными улицами". Ярко освещенные улицы города в вечерние часы позволяют родителям не беспокоится за безопасность детей, что дает возможность организовать их досуг оптимальным образом (посещение спортивных секций, музыкальных школ и т.д.).

Согласно статистическим данным повышение уровня освещенности напрямую влияет на криминальную обстановку в городе, снижая, число уличных преступлений. Снижение преступлений на улицах города в темное время суток является не только положительным социальным фактором, но и позволяет экономить бюджетные средства.

 

3.2 Совершенствование автоматизированного управления с целью экономии энергии

Системы освещения улиц и автомагистралей играют важную роль в обеспечении комфорта и безопасности граждан. Перед разработчиками современных систем автоматизированного управления уличным освещением стоят следующие основные задачи:

o  обеспечить бесперебойным освещением жилые, общественные и промышленные территории, автотрассы и прочие объекты наземной транспортной инфраструктуры. Под бесперебойным освещением понимают минимальное время от момента выхода ламп из строя до восстановления работоспособности;

o  обеспечить экономию электроэнергии, затрачиваемой на освещение. В рамках описания систем управления уличным освещением, мы не рассматриваем энергетическую эффективность самих ламп, но анализируем системные способы сокращения энергозатрат при обеспечении качества освещения;

o  обеспечить минимизацию затрат на техническое обслуживание (главным образом, замену ламп).

Сегодня бесперебойное освещения часто обеспечивается с помощью экономических рычагов: организации, ответственные за уличное освещение, платят штрафы за превышение нормативного количества неисправных ламп на своей территории. Таким образом, противоречивые задачи минимизации расходов и оптимизации качества услуг приходят в равновесие.

Основу существующих сетей уличного освещения УО составляют автономно функционирующие фрагменты, управление которыми осуществляется с применением фотореле или таймеров. В качестве коммутационной аппаратуры для всей линии УО обычно используются контакторы или магнитные пускатели. Приборы учета электроэнергии - практически повсеместно однотарифные. Кроме того, достаточно часто, особенно в сельских районах, встречаются варианты сетей УО, совмещенные с сетями электроснабжения коммунально-бытового сектора (воздушные линии напряжением 0,38 кВ). В таких сетях УО управление осветительными приборами осуществляется индивидуально ручным выключателем, установленным на опоре воздушной линии, а оплата за потребленную электроэнергию взимается по усредненному количеству часов горения светильников, как правило, не соответствующему реальному режиму их работы. Контроль текущего расхода электроэнергии, режимов работы электрооборудования в таких сетях УО не ведется. Как следствие, значительные нерациональные затраты бюджетных средств на оплату электроэнергии и дополнительные эксплуатационные расходы.

Резюмируя сказанное, можно заключить, что в основном состояние сетей УО характеризуется следующими признаками:

-   отсутствие централизованного мониторинга и управления режимами работы;

-   отсутствие режимов энергосбережения;

-   эксплуатация морально устаревшего и изношенного оборудования;

-   неэффективный учет электроэнергии (однотарифный учет или расчетные схемы оплаты);

-   высокий уровень эксплуатационных затрат;

-   распределение шкафов управления по большой территории;

-   возможность несанкционированного вмешательства в процесс управления из-за доступности оборудования шкафов управления для посторонних лиц;

-   экологические проблемы, возникающие при утилизации вышедших из строя ртутных ламп.

Автоматизация процессов управления в сетях УО часто сводится к введению функций внешнего централизованного компьютерного управления с использованием проводных каналов связи, прокладываемых от центра управления до каждого шкафа управления линией освещения, а при невозможности такового – использование выделенных радиоканалов или сетей операторов мобильной связи для передачи команд управления. В этом случае включение и отключение сетей УО происходит централизованно и, как правило, объектом управления является вся линия освещения. Информативность диспетчерского персонала здесь связана с неоправданным ростом затрат на централизованную систему управления, а сбои в канале связи могут привести к полной потере управления линией освещения или фрагментом сети УО.

Мероприятия по энергосбережению в сетях УО в основном связаны с заменой ламп светильников на энергосберегающие и пофазным управлением линиями освещения (при этом светильники, подключаются на разные фазы линий освещения через один). Следует отметить, что замена ламп в светильниках на энергосберегающие приносит ощутимый экономический эффект, а способ экономии электроэнергии за счет отключения одной фазы линии освещения в определенный период времени делает неравномерным освещенность территории и недопустим по существующим СНиП для сельской местности.

Эффективное дистанционное управление режимами работы сетей УО основано на применении GSM/GPRS технологий и позволяет оперативно получать информацию о текущем состоянии оборудования и режимах его работы.

На сегодняшний день на рынке систем управления светотехническим оборудованием имеются отечественные и зарубежные разработки с широким диапазоном функциональных возможностей, в которых используются силовые провода для передачи команд управления светильниками, а для управления шкафами – GSM/GPRS каналы операторов мобильной связи.

Экономия 32% энергии, расходуемой для уличного освещения. Опыт Финляндии. За истекший 2007 год система автоматизированного управления уличным освещением GSM-Control запущена в опытную эксплуатацию в восьми муниципальных округах Финляндии: Uurainen, Jyväskylän, Tielaitos, Rovaniemi, Hyvinkää, Heinola, Anjalankoski, Nastola. В общей сложности установлено более тридцати удаленных блоков управления, каждый из которых контролирует по 3 – 6 фаз. Среднее количество уличных ламп в каждой фазе более 100.

Результаты опытной эксплуатации показали высокие показатели энергосбережения по сравнению с действовавшими ранее системами управления уличным освещением в этих округах:

До	После
Освещение включалось по сигналу датчика освещенности. Для обеспечения гистерезиса при срабатывании датчика использовались длительные (20 минут) временные задержки.	Интеллектуальная система управления при использовании датчика освещенности исключает ложные срабатывания без значительных задержек, что экономит энергию в утренние часы.
Лампы включались в вечернее время и выключались в утренние часы.	В сумерки на лампы подается 50% мощности (понижением напряжения с 220 до 195 Вольт или отключением одной из фаз)
	В позднее ночное время 90% ламп отключаются
	Экономия по результатам опытной эксплуатации 32%

 

Использование интеллектуальной системы управления уличным освещением выявило значительные преимущества для эксплуатирующих организаций:

До	После
Плановая замена ламп производилась по расчетному ресурсу (сроку службы ламп)	Интеллектуальная система управления производит точный учет времени работы ламп, что повышает точность прогнозов необходимости плановой замены.
Необходимо периодическое инспектирование территории для выявления перегоревших ламп	Блоки управления способны контролировать исправность ламп в цепи и статистически выявлять наличие перегоревших ламп при выходе из строя от 3% ламп в цепи. Например, в цепи из 100 ламп контроллер подаст аварийный сигнал в диспетчерскую при выходе из строя трех ламп.
	Все датчики подключаются без нарушения существующей проводки (датчики трансформаторного типа), что приводит к быстрой и удобной установке системы управления даже на устаревшие сети уличного освещения.
	Способность контроллеров Autolog к удаленному программированию позволяет оперативно модифицировать программное обеспечение для его отладки.

 

По результатам опытной эксплуатации муниципальные образования Финляндии планируют закупку системы управления наружным освещением в объемах до 800-1000 удаленных блоков в год.

3.3 Эволюция освещения: энергосберегающие светильники на полупроводниковых источниках света

Светодиоды являются полупроводниковыми приборами, преобразующими электрический ток непосредственно в световое излучение, при этом они характеризуются низким энергопотреблением, а значит, обладают хорошим потенциалом в области энергосбережения.

До настоящего времени одним из существенных препятствий на пути массового внедрения светодиодов в освещении была их высокая стоимость по сравнению с традиционными источниками света. Однако, постепенное удешевление и повышение технических характеристик светодиодных изделий, а также насущная необходимость снижения энергопотребления, позволяют уже сегодня применять эти энергосберегающие технологии.

В различных российских регионах уже созданы пилотные проекты по использованию светодиодного освещения в городском хозяйстве и в целом этот опыт оценивается как положительный. Также, безусловно, оправданным является замена ламп накаливания в общем освещении и неоновых ламп в рекламе на светодиоды.

Область применения светодиодных прожекторов:

Подсветка зданий, домов и других объектов архитектуры (особенно художественная подсветка);

Подсветка рекламных конструкций;

Освещение пешеходных переходов;

Освещение мостов, туннелей и других, сложных для замены ламп объектов;

Аварийное энергосберегающее освещение.

Российское массовое производство готовых светодиодных светильников находится в стадии становления (так, например, госкорпорация Роснано собирается инвестировать значительные средства в развитие этой технологии на отечественных предприятиях). Но уже сейчас российские фирмы предлагают на рынке изделия, созданные с помощью иностранных комплектующих. В России пока нет единой методики измерения параметров этих изделий, поэтому качество и надежность работы светодиодных светильников значительно зависит от поставщиков.

Рассмотрим основные отличия новой - светодиодной технологии освещения от ламповой:

Известно, что почти все лампы, традиционно используемые в уличных светильниках, дают излучение в радиусе 360о. Эти лампы расходуют 80% энергии на собственный нагрев. Светильники с такими лампами имеют рефлекторы для создания необходимой направленности излучения, где теряется порядка 35% светового потока, за счёт потерь света излучаемого в рефлектор.

Часто встречающееся последнее время техническое перевооружение светильников путём замены ламп ДРЛ на лампы ДНаТ или ДНаЗ при их аналогичной мощности и заявленной высокой экономичности, не приводит к реальной экономии электроэнергии. Так, при включении новой лампы ДНаТ или ДНаЗ освещённость увеличивается, превышая нормативную в 3-5 раз, что ведет к ослеплению водителей и пешеходов.

На практике зафиксировано значительное снижение светового потока ламп ДНаТ, ДНаЗ в процессе их эксплуатации. Снижение светового потока достигает 40-60% от показателей новой лампы. Причем наибольшая скорость спада светового потока наблюдается в первые 100-200 часов эксплуатации лампы, т.е. в течение первого месяца работы. Основываясь на данной особенности работы ламп ДНаТ, ДНаЗ, в различной литературе рекомендуют производить их замену еще до выхода их из строя через 4-6 месяцев. Т.е. реальный срок жизни этих ламп определен 4-6 месяцами.

Светодиодный светильник создает освещенность с более высокой контрастностью (в 400! раз выше, чем у газоразрядных ламп), что улучшает качество освещения объекта.

Сегодня для освещения улиц и дорог наиболее широко используются лампы ДРЛ, ДНаТ, ДНаЗ, обладающие узким спектром излучения, который не обеспечивает приемлемой цветопередачи. Их свет имеет характерную желтую окраску, что является существенным недостатком ламп этого класса.

Многие исследования показали, что белый свет имеет преимущества перед другим освещением:

улучшает ночное видение от 40 до 100% относительно освещения другого спектра;

улучшает цветовое восприятие (цветопередачу), что в свою очередь увеличивает контраст изображения и восприятия глубины пространства.

Практический опыт показал, что по мере старения некоторые натриевые лампы начинают "мигать", т.е. лампа включается, разогревается как обычно, потом вдруг гаснет и через минуту все повторяется. Если своевременно не поменять лампу, а реально это не всегда удается, приходится "любоваться" этим эффектом долгое время.

Указанные неблагоприятные факторы особенно начинают сказываться при минусовых температурах. И лампу, которая летом еще могла бы светить, в наиболее неудобный для проведения ремонтных работ период - зимой, необходимо менять на новую.

Отслужившую лампу необходимо отправить на утилизацию, что требует дополнительных денежных затрат. Утечка ртути или других газов из лампы при ее повреждении приведет к возникновению экологических проблем (негативное влияние на здоровье людей, загрязнение окружающей среды и т.п.). Так, любая ртутная лампа содержит до 100 мг сильнодействующего вещества - паров ртути. Предельно допустимая концентрация этих паров в населенном пункте равняется 0,0003 мг/м². можно отметить, что эта опасная проблема остается, если возникает бой ламп при транспортировке и эксплуатации.

Напомним, ртуть это самый ядовитый тяжелый металл, она токсична в любой форме. При вдыхании ртутные пары адсорбируются в мозге и почках, а также вызывают разрушение легких и желудочно-кишечного тракта. Даже давние ртутные загрязнения опасны, поскольку ртуть может испаряться годами, нанося непоправимый вред здоровью человека.

Кстати, бытует неверное мнение о том, что современная лампа ДНаТ является экологически чистой, так как в ней используется натрий. В техническом описании подобной лампы, например SON-T Comfort Pro указано, что ее горелка содержит натриево-ртутную амальгаму и ксенон для зажигания разряда.

Светодиодные светильники являются экологически чистыми и не требуют специальных условий по обслуживанию и утилизации. Срок их службы значительно превышает существующие аналоги (срок непрерывной работы светильника не менее 80 тыс. часов, что эквивалентно 25 годам эксплуатации, при 10 часовой работе в день). При чем, это не срок когда светодиод выходит из строя, а примерно в это время снижение его светового потока достигнет 50%.

Имеются и другие экономические выгоды. Так, известно, что в ночное время, для дополнительной экономии электроэнергии, допускается снижение освещённости улиц в два раза (пункт 7.44 СНиП 23-05-95). Светодиодные светильники позволяют регулировать освещённость снижением питающего напряжения (традиционные светильники на газоразрядных лампах этого не допускают, при снижении напряжения они выключатся). Наличие переключателя потребляемой мощности на подстанции позволяет, без расширения номенклатуры светильников, получать различные нормы освещённости в соответствии со СНиП 23-05-95.

Кроме того, при оценке экономии электроэнергии необходимо учитывать потери на проводах линий питания светильников. Потребляемый лампами ДРЛ и ДНаЗ ток составляет 2.1-2.2 А, потребляемый ток светильника LZ составляет 0.6-0.9А в зависимости от режима работы. Таким образом, рассеиваемая на проводах питания мощность уменьшается в 4-9 раз.

Так же не требуется ввод новых мощностей, т.к. энергопотребление светодиодных светильников меньше, а срок полной окупаемости 90Вт светильника в среднем составляет 3-4 года.

Перечислим свойства светодиодов, которые в ближайшем будущем сделают их самыми экономичными по сравнению с другими источниками света:

высокая световая отдача (100 - 150 лм/Вт);

малое энергопотребление (единицы ватт);

высокие значения КПД световых приборов и коэффициентов использования светового потока в осветительных установках;

малые габариты (точечные или плоские приборы);

высокая долговечность (более 10 лет непрерывной работы);

отсутствие пульсации светового потока;

возможность получения излучения различного спектрального состава;

возможность снижения коэффициента запаса осветительных установок благодаря стабильности характеристик и высокому сроку службы;

возможность использования для освещения выцветающих объектов (произведений искусств, продукции полиграфии, текстильного производства);

высокая устойчивость к внешним воздействиям (температуре, вибрации, ударам, влажности);

электробезопасность и взрывобезопасность;

возможность резкого уменьшения размера, материалоемкости и трудоемкости производства световых приборов;

возможность создания необслуживаемых светильников;

высокая степень управляемости (возможность построения систем многоуровневого управления освещением);

высокая технологичность при массовом производстве;

низкие затраты на упаковку и транспортировку.

Те вопросы, которые возникают при внедрении светодиодов (как и у всякой новой технологии), вполне решаемы, а главное дают необходимый энергосберегающий эффект, способствуя общему повышению использования топливно-энергетических ресурсов на территории городов и поселений.

 

 

4. Космическое зеркало

Космическое зеркало, отражающие лучи Солнца на ночную сторону нашей планеты, — один из впечатляющих космических проектов. В 1993 году корабль «Прогресс M-15» вывел на орбиту 20-ти метровое пленочное зеркало (проект «Знамя 2»). Зеркало раскрылось, и дало световое пятно, примерно равное по силе одной полной луне. Огромный солнечный зайчик скользнул над закрытой облаками Европой, где его увидели только астрономы, сидящие на вершинах горных Альп.

Проект «Знамя 2.5» был на голову выше предшественника. Зеркало должно было восприниматься с Земли как 5-10 полных лун и образовывало след около 7 км в диаметре, которым можно было управлять, подолгу удерживая его на одном месте. Солнечное зеркало — это слегка вогнутая оболочка диаметром 25 м, выполненная из тонкой пленки с зеркальной поверхностью, которая крепится по периметру станции. Оболочка раскрывается и удерживается в раскрытом положении центробежными силами.

Однако проект потерпел неудачу. В начале раскрытия оболочка зацепилась за антенну. Космический корабль «Прогресс М-40» был спущен с орбиты и затоплен в океане.

Конечно, это очень заманчиво – развернуть на околоземной орбите зеркала, способные подсвечивать заполярные города, в которых ночь длится по полгода. В перспективе «орбитальные отражатели излучений Солнца» планируется использовать и более широко – для освещения биопромышленных комплексов в целях повышения их эффективности. Но, думается, очень важно уже сегодня обратить внимание на возможные последствия такой «подсветки». Для этого необходимо провести тщательные исследования влияния отраженного света на психику и физиологию человека, на жизнедеятельность бактерий, вирусов и т.п. И только после этого принимать решения о развертывании космических зеркал.

Например, весьма немаловажно, из какого материала будет изготовлено тонкопленочное отражающее полотно. Будет ли оно поляризовать падающий на нее солнечный свет? И если да, то не возникнет ли у людей на Земле неожиданного дискомфорта от сильного поляризованного облучения? Причем более сильного, чем в периоды полнолуния. Ведь ожидается, что орбитальные зеркала будут освещать города раз в пять сильнее, чем полная Луна. Не вызовет ли такая «подсветка» вспышки душевных расстройств? Не обострятся ли психические заболевания значительно сильнее, чем в периоды полнолуния? Не станут ли люди более агрессивными? Не активизируются ли дремавшие бактерии и вирусы?

 

 

Заключение

Существуют сотни мер, направленных на энергосбережение. В их основе лежат изменения в поведении и повышение технической эффективности. Выделение наиболее важных мер, определяется условиями конкретного кризиса и каждый раз уникально. Энергосбережение невозможно без участия миллионов людей, имеющих разные интересы. Это сложная многоплановая деятельность, которую нельзя организовать только по принципам бизнеса. Фактически она в России еще не начиналась. С другой стороны альтернативы оперативному энергосбережению уже фактически нет:

■  Страна не готова к быстрому массовому вводу новых энергетических мощностей. Нет проектов, квалифицированных кадров и организаций.

■  Чтобы обеспечить 1 кВт энергетической мощности в потреблении необходимо обеспечить развитие электрических сетей, увеличение мощности в генерации с учетом собственных нужд и потерь в сетях, развитие топливной инфраструктуры вплоть до разработки месторождений.

С учетом налогов на прибыль, используемую на инвестиции, суммарные затраты общества на ввод в эксплуатацию мощностей составят минимум 100 тыс. руб./кВт. При тарифе 1,5 руб./кВт·ч, даже если эта мощность будет использоваться 5000 ч в год, все доходы составят 7500 руб./год. Несопоставимые цифры. А если эта мощность используется в период пикового потребления, то коэффициент неравномерности включения нагрузки учитывать нельзя, а доходы мизерные. Неуправляемый рост потребления пиковой мощности может разорить любую энергетическую компанию, решившую компенсировать его увеличением мощности всей энергосистемы. Таким образом энергосбережение в освещении, поможет не только увеличить освещенность, экономить эл.энергию но и поможет частично справиться с пиками нагрузки в системах эл.снабжения.

Литература

 

1. Материалы Интернет-сайта www.es.ua

2. Материалы Интернет-сайта www.econom-energo.ru

3. Способ и устройство передачи и приема информации по линиям распределительных электрических сетей переменного тока: решение о выдаче патента от 25.03.2008 г., заявка 2006109696/09 Рос. Федерация: H04B 3/00 / Сапронов А. А., Старченко И.Е., Никуличев А. Ю.; заявитель и патентообладатель ООО Научно-производственная фирма «Электронные информациионные системы». - № 2006109696/09; заявл. 27.03.2006; опубл. 10.10.2007, Бюл. № 28. – 2 с.: ил.