Энергоэффективная система управления наружным освещением парковой зоны

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГБОУ ВПО «Оренбургский государственный университет»

Энергоэффективная система управления наружным освещением парковой зоны

Сабитов Р.М., Семенова Н.Г докт. пед. наук, профессор

Современные сети наружного освещения (НО) представляют собой достаточно энергоемкие объекты. В работе [1] отмечено, что согласно оценке Международного энергетического агентства, 19% всей потребляемой в мире электроэнергии приходится на освещение, использование современных световых технологий делает возможным экономить до 40% потребляемой электроэнергии (106 млрд евро в мировом масштабе). Согласно работе [2] траты на электроэнергию в сетях наружного освещения населенных пунктов составляют 30% от всех затрат на освещение, а с учетом дополнительных затрат на обслуживание сетей освещения, занимают одно из ключевых мест в структуре затрат муниципальных бюджетов.

Согласно федеральному закону [3] вопросы энергосбережения и повышения энергетической эффективности являются приоритетными направлениями развития электроэнергетики Российской Федерации, поэтому разработка энергоэффективных систем управления наружным освещением парковой зоны является актуальной и значимой задачей.

Анализ работ [4, 5] позволил выявить следующие подходы к повышению энергоэффективности систем НО:

· применение энергоэффективных источников света;

· внедрение систем автоматического регулирования НО;

· использование энергоресурсосберегающих технологий в сфере НО.

Перед рассмотрением каждого из вышеназванных подходов, проанализируем нормативные документы к искусственному освещению территорий парковой зоны.

Согласно пункту 7.34, таблицы 14 СНиП 23-05-95 «Естественное и искусственное освещение» [6] средняя горизонтальная освещенность территорий общегородских парков должна соответствовать следующим значениям:

· главные входы - 6 лк;

· вспомогательные ходы - 6 лк;

· центральные аллеи - 4 лк;

· боковые аллеи - 2 лк;

· площадки массового отдыха, площадки для настольных игр - 10 лк.

Согласно пункту 7.75 таблице 26 СП 52.13330.2011 «Естественное и искусственное освещение» [7] площадки посадочные, детские и отдыха относятся к классу П2, нормируемые показатели не менее 10 лк и не менее 0,3. Главные и вспомогательные входы парков, санаториев соответствуют классу П3, нормируемые показатели не менее 6 лк и не менее 0,2. Боковые аллеи и вспомогательные входы парков административных округов относятся к классу П6, нормируемые показатели не менее 1 лк и не менее 0,1.

1) Энергоэффективные источники света.

Ртутные лампы высокого давления (РЛВД) на данный момент почти полностью вытеснены натриевыми и металлогалогенными лампами высокого давления (НЛВД, МГЛ). В настоящее время к группе современных энергоэффективных источников света относят сверхяркие белые светодиоды (СБС). Светодиодные источники света - молодое, быстропрогрессирующее направление в светотехнике.

На рисунке 1 представлен график, показывающий светоотдачу источников света, применяемых в наружном освещении. График основан на материалах фирмы OSRAM в редакции О. Т. Зотина, Н. О. Морозовой [5].

Рисунок 1 - Светоотдача источников света, применяемых в НО

энергоэффективный наружное освещение парковый

Из графика видно, что наиболее перспективными в области светоотдачи среди источников света являются светодиодные источники света.

2) Внедрение систем автоматического регулирования НО.

На основе анализа работ [4, 8] была выделена следующая классификация систем автоматического управления систем НО:

· управление системой НО по заранее заданному графику;

· управление системой НО по данным датчиков;

· интеллектуальная система управления.

Управление системой НО по заранее заданному графику. Наиболее простой способ управления сетями НО. Отключение и включение осветительных приборов осуществляется согласно заранее заданному графику. График составляется, опираясь на астрономические наблюдения или по критериям приоритетным для данной сети освещения. Достоинствами данного способа управления является простата разработки алгоритма управления, отсутствие затруднений при расширении сети НО. Недостатком является недостаточная гибкость системы в случае несоответствие внешних условий с заданным графиком, отсутствие обратной связи.

Управление системой НО по данным датчиков. В данной системе в качестве управляющего сигнала используются данные, полученные с датчиков движения и/или освещенности. Система лишена таких недостатков как отсутствие гибкости управления и обратной связи, присущих системе управления по заданному графику.

Интеллектуальная система управления. В отличие от предыдущей системы, использующей жесткие алгоритмы управления, осуществляет управление посредством искусственного интеллекта. Система управления эффективна при большом количестве критериев управления, способна адаптироваться к новым условиям окружающей среды и расширению сети НО.

Интеллектуальная система управления является наиболее перспективной, однако на данный момент мало распространена.

В связи с увеличением аппаратной части и усложнением разработки алгоритма управления возрастает стоимость сетей НО с управлением от датчиков или интеллектуальной системой управления.

Нами было проанализировано готовое технологическое решение компании ОАО «Энергосервисная компания Тюменьэнерго» по созданию интеллектуальной системы управления уличным и внутренним освещением [8]. Каждый светильник комплектуется ЭПРА с чипом. Программирование чипа, позволяет осуществлять управление светильником по данным датчиков освещенности, присутствия, движения. Технология может быть применена для всех видов светильников, кроме светильников с лампами накаливания. Эффект от внедрения: экономия электроэнергии до 60%, срок окупаемости 3-5 лет, гибкое управление. Проект реализован в торговой сети TESCO в Чехии, Словакии: внедрена на 70 объектах, экономия 23-55%, срок окупаемости 1-3 года. Во время испытаний проводимых в России удалось добиться потребления светильником с лампой ДНаТ-150 и запрограммированным ЭПРА 106 Вт, что меньше светодиодного светильника «Кобра-400», потребляющим 120 Вт. Таким образом, не смотря на большие начальные вложения, сети НО с управлением от датчиков или интеллектуальной системой управления являются эффективными и достаточно быстро окупаются.

3) Энергоресурсосберегающие технологии в сфере НО.

На сегодняшний день в разных городах мира используется большое множество различных систем наружного освещения. В связи с отсутствием жестких требований к построению системы управления наружного освещения и большому числу потенциальных вариантов, высока вероятность выбора системы с низкими технико-экономическими характеристиками. Каким же вариантам стоит отдавать предпочтение? В 2009 г. были проведены сравнительные технико-экономические расчеты применяемых и перспективных энергоресурсосберегающих решений в сфере НО. Результаты расчета представлены в [5], также некоторые уточнения представлены в [10]. Кратко проанализируем данное исследование.

В своем исследование О. Т. Зотин, Н. О. Морозова [5] выделяют несколько групп энергоресурсосберегающих решений (технологий) в сфере НО.

К первой относится традиционное пофазное отключение светильников и более совершенный вариант данного решения с двойным количеством светильников на опоре. Установка на опорах удвоенного количества светильников способна обеспечить равномерное распределение света во время отключение части светильников, также данное решение подкупает своей простотой. Однако плюсы данного решения перечеркиваются высокой стоимостью монтажа и эксплуатации.

Ко второй группе решений были отнесены технологии, обеспечивающие групповое управление путём регулирования общего выходного напряжения линий освещения. Для данного решения наиболее широко применяется вариант, при котором управление, осуществляется переключением обмоток автотрансформатора симисторами или контакторами.

К третей группе авторы относят решения, использующие управляемые ЭлПРА в светильниках. Данное решение обеспечивает наибольший процент экономии электроэнергии, до 40-45%. Использование ЭлПРА позволяет задействовать все резервы по повышению энергоэффективности, однако являются функционально сложным из-за чего сложно добиться высокой надежности и низкой стоимости.

К четвертой группе отнесены решения с применением СБС. СБС превосходят ЛВД по сроку службы и возможности управления (в частности характеристике диммирования), однако имеют более высокую стоимость.

Оценивая эффективность энергоресурсосберегающих решений сети наружного освещения О. Т. Зотин, Н. О. Морозова рассматривали затраты каждого варианта в течение расчетного периода в 6 лет. Расчет производился на участке системы наружного освещения, длинной 8,2 км, который включает в себя 382 светильника. Сравнение вариантов происходило по их чистому дисконтируемому доходу, ставка дисконтирования 20%.

По результатам расчета авторами были сделаны следующие выводы:

1) Лучшими характеристиками обладает группа с управляемыми ЭлПРА.

2) Группа с СБС уступает второй группе по экономическому критерию, в связи с большей стоимостью светильников.

Важной характеристикой светильников, используемых в сети НО парковой зоны, является внешний вид светильников. В парковой зоне, часто используется архитектурно-художественная подсветка, что требует использование компактных светильников сложной формы. Лучшего всего с подобной задачей способны справиться светодиодные светильники. Модельный ряд светодиодных светильников настолько широк, что позволяет подобрать подходящий по форме и размеру вариант, при этом, не жертвуя величиной освещенности.

Таким образом, разработка автоматизированной системы управления наружным освещением парковой зоны с использованием методов искусственного интеллекта и светодиодных светильников в настоящее время является наиболее перспективной.

Список литературы

1. Энергоэффективная система управления муниципальным освещением, Сапронов А.A., Никуличев А.Ю.,

2. Федеральный закон №261-ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации», от 23.11.2009.

3. Валиуллин, К. Р. Анализ способов управления уличным освещением по различным критериям [Электронный ресурс] / К. Р. Валиуллин // Электроэнергетика глазами молодежи: науч. тр. V междунар. науч.-техн. конф., 10-14 нояб. 2014 г., Томск / Мин-во науки и образования РФ, Томск. политехн. ун-т. - Электрон. дан. - Томск,2014. - Т. 2. - С. 275-279.. - 5 с.

4. О. Т. Зотин, Н. О. Морозова. Анализ эффективности управления энергосбережением в наружном освещении // Современная светотехника. 2010. № 2.

5. СНиП 23-05-95 «Естественное и искусственное освещение»

6. СП 52.13330.2011 «Естественное и искусственное освещение»

7. Валиуллин К. Р., Семенова Н. Г. Анализ существующих систем управления уличным освещением. Энергетика, электромеханика и энергоэффективные технологии глазами молодежи: сборник трудов Российской молодежной научной конференции. В 2 т. Т. 2 / Томский политехнический университет. - Томск: Изд-во ООО «СКАН», 2013. - с 64-69.

8. Интеллектуальная система управления уличным и внутренним освещением на основе диммирования.

9. О. Зотин. Управление освещением открытых пространств // Полупроводниковая светотехника. 2014. № 1-3.

Размещено на Allbest.ru