铁路站场照明光源应用技术及经济效益分析

杜雅兰，黄大鹏，阮志刚，徐啸海

(中国铁道科学研究院节能环保劳卫研究所，北京 100081)

照明应用技术的评估应包括五大因素:即质量寿命、光效水平、节能效果、环保减排和性价比较。照明的质量寿命取决于光源的光衰速率;照明的光效水平取决于不同铁路站场的照明效果，满足相关的技术标准;而节能环保照明产品能否广泛、迅速地被用户接纳采用，取决于其能效水平(节电能力)和能否给用户带来相应的经济利益和社会效益。

消费者购买高效节能照明产品一般会考虑两个方面的影响:一是购买成本的上升;二是使用成本的下降。衡量节能照明产品对消费者的影响程度，可以通过对其寿命周期的成本分析、投资回收期分析和节能成本的分析获得，明确哪种节能照明产品更经济合理，更容易被消费者接受采用。

1 节能效果和经济效益分析的主要参数［1］

(1)寿命周期成本

寿命周期成本(LCC)是购买产品价格(PC)与使用产品成本(OC)之和。

式中:PC——购买价格包括初始安装成本，如设备及安装人工费等;

OC——使用成本产品在整个寿命周期内考虑到折现因素后的使用成本，包括电费和寿命期内更换光源的费用;

OCt——寿命周期第t年的使用成本，包括电费和照明维修的费用;

r—折现率，折现是指节能照明产品未来(寿命周期)期间花费(节省)的货币值要低于目前同等面额的花费(节省)值，因此在计算回收投资资金时应考虑回收资金的折现率;

N—寿命周期，一般以a计算。

光源的年寿命计算:

式中:L——光源的寿命(h);

BHY——每年的光源燃点时间(h)。

(2)投资回收期成本

投资回收期是回收采用节能照明产品增加的投资所需的时间。

投资回收期是购买价格(包括安装费)的增加值与年使用的成本(包括安装)下降值的比。

投资回收期的计算见公式(2):

式中:PAY——投资回收期 (a);

△PC——增加的购买价格 (元);

△E——年节约用电的费用(元);

△LRC——每年维修费用减少的成本(元)。

如果投资回收期长于产品寿命，就说明所降低的使用成本不足以抵消增加的购买成本，用户的经济利益将受到损害，也就是说消费者买了这种产品，就要付出更高的成本，因而该产品就丧失了市场的价值。

(3)节能成本

节能成本是指在产品使用寿命期间，考虑到折现率的情况下，均以每年的成本增加值除以每年节省的电量。

节能成本的计算方法见公式(3):

式中:CCE——节能成本(元/kWh);

△PC——成本增加值(元);

△E——年节省的电量(kWh);

△CRF——每年投资资金回收率。

式中:PWF——现值系数。

节能成本值与节能产品的价格增量、能效水平(节电能力)有关，因而节能照明产品应不断改进完善，降低节能成本，才能在市场上得到消费者的欢迎。当节能成本高于用户支付的电费时，用户经济利益受损，反之，当节能成本低于用户支付的电费时，用户获得经济利益。

2 现场对比试验光源及经济效益分析

根据上海局、沈阳局目前光源使用的现状，通过对LED光源与各种既有光源进行的现场对比试验，提出了节能光源的主要技术参数，综合对比分析节能效果及经济效益。

在上海局的4个不同作业场所和沈阳局的1个作业场所进行了现场对比试验，对比的具体灯具数量及用电量详见表1。

表1 LED光源与既有光源灯具性能参数对照表

表1说明:在同一作业场所、对比灯具个数和灯具使用时间均相同的情况下，LED光源与既有光源相比，单个灯具功率小、照明用电量少，最大照度值接近既有光源甚至高于既有光源。

对产品的寿命周期、投资回收期和节能成本进行定量分析，综合对比、计算出节能效果及经济效益。部分计算参数由国家发改委能源所提供(2008版，www.shanshui.0rg/CO2/)。

(1)嘉兴站站台对比试验光源及经济效益分析

嘉兴一站台选用的两种光源对比，是将灯具数量和使用时间统一，进行节能效益分析。分别选用26盏20 W LED灯和4×18W节能灯进行数据对比。从额定功率和用电量的对比计算结果分析:在相同的时间内，节能灯与LED灯功率比为1.39，实际用电量比为2.96。

若均按 1元/kWh、CO2排放量均按 0.96 kg/kWh计算，20W LED灯比4×18W节能灯每年少用2.28万kWh;节省2.28万元用电费用，相当于节省72%的用电量，LED的寿命为50 000 h，节能灯的寿命为10 000 h，投资改造费用回收期为2.5 a;5 a可少产生22 t CO2的排放量。即 LED灯的照明效果接近于节能灯的照明效果，而LED灯的节能减排效果显著。

(2)乔司编组站灯桥对比试验光源及经济效益分析

乔司编组站灯桥选用LED灯与钠灯对比节能效果分析。选用20个185W的 LED，替换20个400W高压钠灯，同一灯桥的灯具安装高度相同，灯桥长度为160 m，灯具间隔在3～5 m左右不等，共40盏。相同工作时间的条件下，两种光源的额定功率、用电量的对比计算结果为:功率比为2.16;实际用电量比2.19。

若均按 1元/kWh、CO2排放量均按 0.96 kg/kWh计算，185 W LED灯比400W高压钠灯每年少用1.17万kWh;节省电费1.17万元，相当于节省57%的用电量，LED的寿命为50 000 h，高压钠灯的寿命为32 000 h，投资改造费用回收期为3.1 a;5 a少产生107 t CO2的排放量。即钠灯实际用电量是LED灯的两倍多，其他元件包括线路的电量损耗也稍大于LED的电量损耗。LED灯较高压钠灯具有很好的节能效果。

(3)嘉兴站候车室对比试验光源及经济效益分析

嘉兴站1号候车室选用15盏100 W LED灯与2号候车室的250 W金卤灯进行对比节能效果分析。候车室长×宽=24 m×16 m，灯具悬挂高度H=8 m(此处大于4 m);两种光源用电量比值为 1.81，输出功率比为 2.12;若均按1元/kWh、CO2排放量均按0.96 kg/kWh计算，100 W LED灯比250W金卤灯每年少用7.67万kWh;节省电费7.67万元，相当于节省63%的用电量，LED的寿命为50 000 h，金卤灯的寿命为13 000 h，投资改造费用回收期为3.1 a;5 a少产生74 t CO2的排放量。

(4)长春站候车室对比试验光源及经济效益分析

长春站第二候车室选用 LED灯与荧光灯进行对比节能效果分析。为了统一对比，选用的9W LED灯和36 W荧光灯的理论参数进行对比分析，分别选用87盏9W LED灯和36 W荧光灯进行数据对比，若均按1元/kWh、CO2排放量均按0.96 kg/kWh计算，9W LED灯比36 W荧光灯每年少用1.45万kWh;节省电费1.45万元，相当于节省77%的用电量;5 a少产生14 t CO2的排放量，LED的寿命为 50 000 h，荧光灯的寿命为13 000 h，因此，投资改造费用回收期为1.6 a。

(5)LED灯与白炽灯对比节能效果分析

根据市场调查，可选用100盏9 W LED灯和36 W白炽灯进行数据对比，若均按 1元/kWh、CO2排放量均按0.96 kg/kWh计算，9W LED灯比36 W白炽灯每年少用1.40万kWh;节省电费1.40万元，相当于节省80%的用电量，LED的寿命为50 000 h，白炽灯的寿命为1 000 h，投资改造费用回收期为1.7 a;5 a少产生13 t CO2的排放量。

3 铁路站场照明应用的节能效果分析

为了统计方便，以上海局调研的数据为依据，计算出上海局的节能和减排的参数，然后再推算出全路的节能减排效果。

表2所示:上海局全局光源数量214 514个，若选用LED灯替代所有不同功率的既有光源后，每天按12 h用电时间计算，年节约用电量4 346.50万 kWh，节省电费 4 347万元，减少41 726 t CO2气体排放量。

全国有铁路局18个，若均按照上海局2008年的规模统计方法计算，全路节能减排效果参数详见表3。

表3所示:站场光源数量约 3861 252个，选用节能光源替代全部不同功率的既有光源后，每天按12h用电时间计算，年节约用电量78 237.18万kWh，节约78 237万元费用，减少75.11万 t CO2排放量。

表2 2008年上海局站场照明光源数量、安装功率、节能减排参数表

表3 全路站场照明光源数量、安装功率、节能减排参数表

4 结论

照明的质量和水平及其节能环保效益已成为人类社会现代化程度的一个重要标志之一 ，也是人类社会可持续发展的一项重要的措施。

经过实际调查及分析对比，建议光源和灯具方面采用下面替换方案:

●用LED光源替代白炽灯、普通荧光灯或节能灯;

●用LED光源替代部分金卤灯、高压钠灯;

●用紧凑型荧光灯取代白炽灯;

●用T5荧光灯或三基色T8荧光灯替代老式普通T8管荧光灯;

●选用效率高、维护量少的灯具，同时加强管理，减少照明用电量;

●建议今后大力推广新型节能光源的使用。

［1］ 绿色照明工程项目办公室.中国建筑科学研究院绿色照明工程实施手册［M］.北京:中国建筑工业出版社，2003.