城市大型过江通道太阳能薄膜光伏改造碳减排分析.pdf

doi:10.3969/j.issn.1673-6478.2023.04.018 城市大型过江通道太阳能薄膜光伏改造碳减排分析 李晓路 1，徐东辉2,3，龚巍巍2,3，于 琦2,3，高嘉蔚2,3（1.广东省交通运输规划研究中心，广东 广州 510000；2.交通运输部规划研究院，北京 100028；3.交通排放控制监测技术实验室，北京 100028）摘要：隧道遮光棚通过太阳能薄膜光伏改造可有效解决城市大型过江通道照明系统高耗能问题，实现隧道照明用能的绿色低碳化。本文以顺德水道过江通道为例，计算了隧道照明需求、太阳能薄膜光伏系统供电能力及光伏改造后节能低碳效果，发现隧道口遮光棚光伏全年发电量可以满足隧道照明系统全年所需用电量，每年节约标准煤 35.7739.01吨、减少碳排放 68.7174.92 吨、节约运行成本 8.59 万9.37 万元。因此，城市大型过江通道遮光棚太阳能薄膜光伏改造具有很好的可推广性。关键词：过江通道；太阳能薄膜；光伏；碳减排 中图分类号：TM615+.2 文献标识码：A 文章编号：1673-6478（2023）04-0074-04 Analysis of Carbon Reduction in Solar Film Photovoltaic Transformation of Urban Large River Crossing Channels LI Xiaolu1,XU Donghui2,3,GONG Weiwei2,3,YU Qi2,3,GAO Jiawei2,3(1.Transportation Planning Research Center of Guangdong Province,Guangzhou Guangdong 510000,China;2.Transport Planning and Research Institute Ministry of Transport,Beijing 100028,China;3.Laboratory of Transport Pollution Control and Monitoring Technology,Beijing 100028,China)Abstract:The tunnel shading shed can effectively solve the problem of high energy consumption in urban large-scale river passage lighting systems through solar film photovoltaic transformation,achieving green and low-carbon energy consumption for tunnel lighting.This article takes the Shunde Waterway as an example to calculate the tunnel lighting demand,the power supply capacity of the solar thin film photovoltaic system,and the energy-saving and low-carbon effects after photovoltaic transformation.It was found that the annual photovoltaic power generation of the tunnel entrance shading shed can meet the annual electricity consumption of the tunnel lighting system,and can save 35.7739.01 tons of standard coal,reduce carbon emissions by 68.7174.92 tons,and bring economic benefits of 85.993.7 thousand yuan per year.Therefore,the solar thin film photovoltaic renovation of large urban river passage shading sheds has good scalability.Key words:cross river passage;solar thin film;photovoltaics;carbon reduction 0 引言“十四五”期间是我国实现生态环境质量改善由量变到质变的关键时期，交通运输进入加快建设交通强国、推动交通运输高质量发展的新阶段，以全生命 收稿日期：2023-04-20 作者简介：李晓路（1983-），女，陕西西安人，硕士，工程师，从事绿色交通、交通低碳环保研究工作（）周期节能降碳为重点的绿色低碳公路建设已得到行业的广泛认可1。在城市道路建设中，为避开一些重要的水道，通常会修建过江通道，过江通道的形式以隧道为主2。研究表明，在公路运营期，隧道照明系统能耗约占隧道运行总能耗的 53%3，因此，如何通第 4 期 李晓路等，城市大型过江通道太阳能薄膜光伏改造碳减排分析 75 过合理有效的措施降低隧道照明能耗，实现用能绿色低碳化成为近年国内外研究热点。太阳能是一种绿色纯天然、清洁无污染、廉价且丰富的可持续性能源，通过太阳能薄膜光伏技术可以将太阳能转换为电能4。将太阳能薄膜光伏技术与公路隧道遮光棚相结合，即可利用太阳能为隧道照明系统供能，实现用能的绿色低碳化5。隧道遮光棚采用太阳能薄膜光伏技术可大大降低隧道照明系统能耗，但由于目前缺少针对城市大型过江通道的遮光棚渐变式太阳能薄膜光伏改造后，隧道照明系统碳减排水平的具体评估，因此，公路隧道建设单位选用太阳能薄膜光伏技术的积极性不高6。本研究以顺德水道隧道为例，计算分析采用渐变式太阳能薄膜光伏遮光棚的节能降碳效益，以便为类似工程的建设提供参考。1 工程概况 佛山市季华路西延线工程为新建工程，全线按照一级公路兼顾城市道路功能标准建设，主线双向 6 车道+辅路双向 4 车道断面布置，主线设计速度为80km/h，辅路设计速度为 50km/h，设计交通量为2 600veh/(h ln)。顺德水道过江通道是佛山市季华路西延线工程的控制性工程，全长 2 655m，其中盾构段长 1 472m，为双管双向六车道超大直径盾构，管片外径 15m、内径 13.7m，隧道内净空高度 7.8m，为佛山首座盾构公路隧道。盾构从西岸丹灶镇下安村始发，往东下穿顺德水道、南庄码头、禅港路后，在禅港路东侧与地面接顺。2 隧道照明需求分析 2.1 分段长度计算 为了减少高速公路隧道出、入口“白洞”“黑洞”效应给驾驶员生理及心理造成的负担，各国通常采取分段设计照明的方式，在隧道出、入口主动设置强照明路段以缓解车辆出入隧道时照度剧烈变化带来的影响7。根据公路隧道照明设计细则（JTG/T D70/2-012014），我国公路隧道照明需求主要分为 4段，即入口段、中间段、过渡段和出口段，其中入口段宜分两段设置、过渡段宜分三段设置、出口段宜分两段设置8。在计算隧道照明需求前，首先计算隧道路面照明需求分段长度及其亮度。根据顺德水道过江通道工程具体参数，顺德水道隧道路面照明需求分段长度计算结果如表 1 所示，其中入口段两段长度均为 39.8m，中间段长度为2 222.1m，过渡段长度分别为 71m、88.9m、133.3m，出口段两段长度均为 30m。表 1 顺德水道过江通道隧道路面照明需求分段 Tab.1 Segmentation of road lighting requirements for Shunde Waterway River Crossing Tunnel 照明路段 照明需求分段 计算方法 计算结果/m 入口段 照明停车视距(s)查表 100 入口段 1 长度(in1)in1=121.154s 1.5tan10 39.8 入口段 2 长度(in2)in2=121.154s 1.5tan10 39.8 中间段 中间段长度(th)th=in tr e 2 222.1 过渡段 过渡段 1 长度(tr1)tr1=in1+in23+11.8 71 过渡段 2 长度(tr2)tr2=211.8 88.9 过渡段 3 长度(tr3)tr3=311.8 133.3 出口段 出口段 1 长度(e1)经验值 30 出口段 2 长度(e2)经验值 30 注：表中，为隧道内净空高度，7.8m；1为设计速度，80km/h；为隧道总长度，2 655m。2.2 路面亮度计算 根据 JTG/T D70/2-012014 和工程具体参数，顺德水道隧道路面亮度计算结果如表 2 所示，其中隧道外亮度为 4 000cd/m2，入口段亮度分别为 140cd/m2、70cd/m2，中间段亮度为 3.5cd/m2，过渡段亮度分别为21cd/m2、7cd/m2、2.8cd/m2，出口段亮度分别为10.5cd/m2、17.5cd/m2。表 2 顺德水道过江通道隧道路面亮度计算结果 Tab.2 Calculation results of pavement brightness of Shunde Waterway River Crossing Tunnel 照明路段 隧道亮度分段 计算方法 计算结果（cd/m2）隧道外 隧道外亮度(s)查表 4 000 入口段 亮度折减系数()查表 0.035（无量纲）入口段 1 亮度(in1)in1=s 140 入口段 2 亮度(in2)in2=0.5 s 70 中间段 中间段亮度(th)查表 3.5 过渡段 过渡段 1 亮度(tr1)tr1=0.15 in1 21 过渡段 2 亮度(tr2)tr2=0.05 in1 7 过渡段 3 亮度(tr3)tr3=0.02 in1 2.8 出口段 出口段 1 亮度(e1)e1=3 th 10.5 出口段 2 亮度(e2)e2=5 th 17.5 76 交 通 节 能 与 环 保 第 19 卷 2.3 照明需求计算 公路隧道路面光通量需求的大小直接决定了照明设备的数量9，当隧道长度、路面亮度、路面材料及路面宽度确定时，其大小可以由式（1）表示，其中为路面反射系数，取普通 AC-13 型 SBS 改性沥青混凝土路面实测值 0.1310。=1 =n1 (1)式中，为公路隧道路面光通量总需求，lx；为路面照度，lx/m2；为各路面照明需求分段长度，m；为各路面照明需求分段亮度，cd/m2；为路面反射系数，0.13；为路面宽度，10.8m。经计算，顺德水道过江通道路面光通量总需求为161.74 104lx。3 太阳能薄膜光伏系统供电能力分析 3.1 隧道照明设备装机功率分析 公路隧道照明设备装机总功率一般以满足路面光通量总需求，并略有盈余为宜。因此，按照向上取整的原则，分别计算实际工程中常用的 150W、80W 和 40W LED 灯的最低用量，计算公式如式（2）及式（3）所示。=0(2)=01 000(3)式中，为所需 LED 灯的最低数量，个；0为单个 LED 灯额定光通量，lx；0为单个 LED 灯额定功率，W；为隧道照明设备装机总功率，kW。计算结果如表 3 所示。表 3 顺德水道过江通道隧道照明设备装机功率 Tab.3 Installed power of lighting equipment in Shunde Waterway River Crossing Tunnel 方案 灯具功率/W 灯具额定光通量/lx 所需灯具最低数/个 隧道照明设备装机总功率/kW 年耗电量/(万kW h)1 150 18 000 90 13.5 11.83 2 80 9 000 180 14.4 12.61 3 40 4 400 368 14.72 12.8