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  绿色公路标杆 节能运营典范——记“昆龙高速公路运营节能科技示范工程”  
  日期:2015-01-09    来源:  
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天蓝、地绿、水清,是美丽中国的底色。

人与自然和谐相处,是生态文明的标志。

让每个人都能在青山绿水和蓝天白云间体验如诗如画的出行感受,是交通运输行业的责任。

作为保障高速公路安全、高效运营的必要硬件,隧道、收费站、服务区等沿线设施无一例外地消耗了大量电能。为发挥科技对行业节能减排的支撑引领作用,交通运输部于2012年批准昆(明)龙(陵)高速公路运营节能科技示范工程(以下简称“示范工程”)——这是行业首个以节能运营为主题的示范工程。

“能利用的地方都利用了,能改造的部分都改造了。”经过近三年的努力,示范工程圆满完成了既定任务,从收费站到服务区,从风光电互补到LED照明,从照明智能控制到隧道通风智能调节……昆龙高速公路最大程度地运用了节能设备与技术,展示了一个负责任行业的风范。

此外,一批节能技术的诞生与集成创新,为绿色交通的发展储备了技术;一批节能设计与建设指南的及时“出炉”,为行业推广探索了经验。


昆龙高速公路。

 


昆龙高速公路昆明西收费站,云南现阶段最繁忙的收费站之一。

这里的收费雨棚照明已全部更换为80瓦的LED灯,过去这里用的是250瓦的金卤灯,同样的照明条件,可节能一半以上。

这里的管理处办公楼外的庭院里,照明设施全部采用了太阳能技术。例如,在庭院灯的灯杆顶部设置了两块太阳能电池板,白天利用太阳能发电,储存到蓄电池里,晚上则供照明使用。

这里的部分照明还应用了风光互补供电系统。系统由单晶硅太阳能电池板、风力发电机、风光互补控制器和蓄电池组等构成,按3至5天连续阴雨天工作时间“打足提前量”,而单晶硅太阳能板光电转换效率可以达到17%。

昆明西收费站的节能应用只是昆龙高速公路打造节能运营大动脉的缩影。作为行业首个以节能运营为主题的科技示范工程,经过近三年的努力,昆龙高速公路全线“绿意盎然”,立起了绿色高速公路的标杆。

全线“绿化” 54项节能技术 40个示范点

昆龙高速公路是国家重点建设的“五纵七横”国道主干线之一的上海—昆明—瑞丽线的重要路段。在这条573公里的高速公路上,科技工作者尽最大努力推广应用节能技术。

示范工程以“电能传输及应用链路”的新型能源、供配电设施、新型节能设施及节能控制技术四个环节为主线,融合单项技术和集成优化两种推广应用形式,综合考虑隧道、服务区、收费站和特殊路段四类应用对象,实现集时间(运营期)、空间(地域特征)和技术(技术需求、成本预算、交通流状态等)要素于一体。示范工程最终推广应用了四大类54项具体技术,对象涵盖高速公路的隧道、服务区、收费站、特殊路段等40个应用示范点。

新型能源应用方面,光伏应用技术、风电应用技术、风光电互补应用技术等,在昆安段监控系统、大风坝隧道、读书铺服务区得到应用。

供配电设施包括沿线设施供配电和隧道供配电两类。沿线设施供配电系统节能技术在昆明西收费站、富宁收费站得到应用,隧道供配电系统节能技术则在大风坝、万宝山、马道子隧道使用。

新型节能方面,包括LED照明灯具应用技术、单端无极荧光灯应用技术、微波硫灯应用技术等。其中,主动发光诱导设施应用技术在九顶山、碧鸡关、勐连、腾越隧道和相关收费站、服务区得到大面积使用。

节能控制技术主要分为隧道照明系统节能控制技术和隧道通风系统智能控制技术,分别在万宝山、马道子隧道和昆明西收费站得到使用。

示范工程还进行了理念创新和管理模式创新,有效地保障了节能技术的推广。

在理念创新方面,示范工程提出了安全节能、多元节能两大理念和由点及面、因地制宜、多维示范、实施评价四个方针。安全节能,是指在保障高速公路运营安全及其使用功能前提下的节能,即节能方案确定不应降低高速公路运营安全水平及使用功能;多元节能,是指在高速公路运营节能示范方案设计中以获得最优节能效果为目标,坚持应用多元、技术多元、评价多元、示范多元,确保节能效果。

在管理创新方面,示范工程将“建设—转让”(BT)管理模式应用于科技成果推广应用,有效解决了资金不足的难题。针对大红田隧道的节能技术改造工程,示范工程采用了合同能源管理模式(EMC)组织实施;而示范工程涉及的其他项目均由云南省公路开发投资有限责任公司委托云南云岭高速公路交通科技有限公司进行建设,并负责示范工程的运营维护管理。这两种“建设—转让”(BT)管理模式将产品或技术持有单位引入示范工程的运行管理,充分发挥其科技成果推广应用的主动性,同时解决了用户不熟悉新技术而带来的维护问题。

 

技术优化 应用成体系 评价有方法

在行业加大节能减排力度的大背景下,国内外已从多方面进行了研究,并提出了适用于高速公路运营的多项技术。但是,随着高速公路运营领域节能工作的深入,技术方面尚存的问题逐渐暴露,制约了节能技术的推广应用,具体表现在:

首先是缺乏系统性。运营节能成果多针对某一特定节点实现突破,覆盖点虽广,但缺乏系统性,各关键成果之间的相互促进或制约作用考虑不足,未从系统角度进行高速公路运营节能效果的综合权衡,最终实现上述节能技术的有效集成,从而导致现有研究成果未能有效形成合力,制约了高速公路运营节能现有技术效能的充分发挥。

而示范工程的推广应用,既包括单项技术的应用示范,也包括多项技术的集成优化应用,这就为节能技术的集成再创新探索了经验,有助于多种技术形成节能“合力”。

其次是缺乏评价手段和体系。由于缺乏系统、科学的评价体系,现有高速公路运营节能技术研究成果的有效性、适用性以及可靠性等很难得到科学、合理的评估,因而大多未能上升成为指南或标准、规范,这在很大程度上成为制约高速公路运营节能技术在我国公路领域推广及应用的瓶颈。

示范工程在技术创新方面还提出了一系列新的方法与模型,丰富了节能评价技术,主要包括:

——在节能技术集成优化评价方法及模型创新方面,明晰了各节能技术之间的制约或促进关系,确定了各节能技术的应用局限及效果,提出了融合技术适宜性评价、技术节能性评价和技术系统优化评价的三级递阶集成优化模型及算法,开发了高速公路运营节能技术集成优化评价系统,为综合应用提供了科学支撑;

——在隧道照明系统节能技术安全性评价方面,提出了基于人机功效法和隧道内照明评价功率密度的节能评价方法,为隧道照明节能技术的适用性、安全性和效果评价提供了有效支撑;

——在高速公路运营节能技术公益性评价方面,提出了基于虚拟驾驶环境的高速公路运营车辆排放定量评价模型及评价方法,拓展了高速公路运营节能技术的评价指标体系及范围,促进了高速公路运营节能技术评价的进步。


指标量化 为节能推广编制“说明书”

交通运输部设置科技示范工程,目的在于通过打造榜样,带动整个行业的技术进步和转型升级。因此,从这一意义而言,编制应用指南、提出相关规范正是示范工程的题中之义。

据了解,示范工程在实施过程中编制了涵盖高速公路运营节能4大类、12项技术的系列设计、施工指南以及高速公路运营节能技术综合应用配置方案及优化指南共计25项,并完成了依托示范工程的验证。其他高速公路进行运营节能的改造,无疑有了可借鉴的成功范例。

同时,示范工程的多项技术成果也纳入交通运输部相关设计规范,促进了行业的技术进步和转型升级,这主要包括:

——公路隧道照明系统分期实施、照明系统构成优化技术成果,完善了我国公路长隧道照明设计方法及参数,被纳入《公路隧道交通工程及附属设施设计规范》(报批稿)、《公路隧道照明设计细则》(报批稿)的相关条款;

——针对我国公路短隧道特点及照明需求,示范工程提出了结合隧道平纵线型、交通量大小综合考虑的直线短隧道和曲线短隧道有区别的设计方法及其参数取值,填补国内相关规范的空白,被纳入《公路隧道交通工程及附属设施设计规范》(报批稿)、《公路隧道照明设计细则》(报批稿)的相关条款;

——示范工程深入研究了我国公路隧道供电系统不同长度隧道变电所设置形式、节能型设备(EPS应急电源、节能型变压器、照明节电设备等)选型与设置的方法,填补国内相关规范的空白,被纳入《公路隧道交通工程及附属设施设计规范》(报批稿)的相关条款;

——针对新型节能光源提出LED隧道灯、单端无极荧光灯等新型节能光源的应用指标,示范工程为新型节能光源及灯具的合理应用提供了理论依据,可最大限度发挥其节能效果,已进入《公路隧道交通工程及附属设施设计规范》(报批稿)、《公路隧道照明设计细则》(报批稿)的相关条款;

——针对隧道纵坡对火灾烟气、温度扩散的影响,示范工程提出的隧道火灾火风压计算方法及火风压提出利用措施,有效减小工程规模,被纳入《公路隧道通风设计细则》(报批稿)的相关条款。

 

□背景

为什么是昆龙高速?

首个以运营节能为主题的科技示范工程为何选择昆龙高速公路?

据了解,除了云南省交通运输厅长期以来高度重视节能减排外,还和昆龙高速公路的特点密切相关:

昆龙高速公路各段通车时间最早为1998年,最晚为2008年,且尚有龙瑞高速公路正在建设,时间跨度大,运营期限迥异,基本涵盖了我国不同运营阶段的设施、设备特征及节能需求,具有典型代表性,对全国不同时期高速公路运营节能技术的推广应用具有明显示范作用;

昆龙高速公路地处滇西,在地形上,盆地、河谷、丘陵、山区、高原相间分布,地貌差异很大,类型复杂多样;在气候上,示范工程既包括太阳能资源丰富地区,亦包括连续阴雨天数较长等不太适合太阳能技术应用的地区,可为不同条件下节能技术的综合应用提供重要的基础条件;

昆龙高速公路既经过昆明等相对发达地区,亦经过部分欠发达地区,其交通量、设施配置及运营管理具备我国“西部”高速公路的特点,又兼具我国“东部”高速公路的特征,可为全国范围高速公路运营节能技术的应用提供针对性的解决方案;

昆龙高速公路机电设施完善,规模庞大,且使用期限跨度大,具备各时期典型机电技术特征,具有明显的技术代表性;

昆龙高速公路连接中国及南亚次大陆诸国,是南方丝绸之路、茶马古道的延续,亦是云南乃至全国的重要国际通道,它是滇缅公路的传承和发展,是我国西南边陲各民族沟通、交流、融合的纽带;此外,它贯通金沙江、红河、澜沧江、怒江四大水系的横断山纵谷,联通大理、保山、德宏等名胜风景区,是旅游观光之路,具有丰富文化底蕴及内涵。

综上所述,在该路段上进行运营节能技术的综合应用与示范,有利于提升行业节能宣传效果,有着深远的社会意义和示范效果。

 

□示范工程小档案

实施时间:2012年至2014年

组织单位:云南省交通运输厅

实施单位:云南省公路开发投资有限责任公司

技术支持单位:交通运输部公路科学研究院、招商局重庆交通科研设计院有限公司、云南云岭高速公路交通科技有限公司及云南省交通规划设计研究院。

数说成就

经济效益:年节电近1000万度,年节约电费554万元。估算年节电折合标准煤3666吨,年减排二氧化碳9752吨,年减排碳2849.23吨。经第三方综合节能评价,综合节电率达到23.4%。

设备数据:示范工程共安装13763盏节能灯具、15356套隧道主动发生诱导标、126个隧道反光环诱导设施、19套太阳能供电道路监控、2套主动发光诱导标太阳能供电系统、75盏风光互补高杆灯、3次/5次谐波有源滤波,有载调压变压器机电设备22台、4套电力监测系统以及1套隧道照明启闭系统、1套隧道照明无极调光系统。

评价

示范工程以“安全节能和综合节能”为理念,结合昆龙高速公路沿线地理气候、相关设施、运营时间和用能设备等特点,以保障高速公路最优节能运营为目标,完成了“四大类十二项节能技术”推广应用及集成示范,为昆龙高速公路实现运营节能作出了重要贡献,充分发挥了科技对交通运输发展的引领和支撑作用。

通过实施示范工程,探索建立了交通科技成果转化的有效途径和管理机制,搭建了“管、产、学、研、用”相结合的科技创新与成果推广应用平台,有力地促进了科技成果的推广应用。

——示范工程验收专家组

示范工程集中示范区的建设,涵盖了高速公路隧道、收费站、服务区及沿线设施等的节能减排技术集成、优化和推广应用,可以极大提升公众对交通运输行业节能减排工作的认知度,促进交通节能技术的推广应用。

——云南省交通运输厅巡视员 姜志刚

示范工程达到了技术适用性、节能性和集成优化的三级递阶示范效果,发挥了指导节能技术全面推广的作用。

——交通运输部公路科学研究院副院长 易振国

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