我国城市路灯照明节能现状及前景分析

我国城市路灯照明节能现状及前景分析

作者：罗贞礼

来源：《新材料产业》 2013年第9期

文/ 罗贞礼 清华大学新经济与新产业研究中心

近年来，随着经济的快速发展和城市化进程的推进，城市规模不断扩大，旧城改造如火如荼，城市路灯建设也走上了快车道。路灯照明作为城市中密度最大、数量最多的市政设施之一，在实现城市照明系统坚持以人为本、节能优先、安全可靠和维护方便的过程中发挥着非常明显的作用，并成为现代城市景观的重要组成部分。但是，城市路灯照明系统在满足城市功能照明与景观照明作用的同时, 不可避免地带来了电费的大幅度增加以及能源的巨大消耗。路灯照明用电占城市照明用电的绝大部分，但由于技术原因，目前在电能消耗方面的浪费相当严重，整个照明系统尚存在60%以上的不合理能耗，具有非常大的潜在节能空间。在日益紧迫的能源、环境危机下，“节能减排”已成为现阶段城市道路节能的主要目标。

中国的减排不只是为全球应对气候变化作贡献，更是促进经济健康高效增长、应对污染问题和保护国民健康的必要行动。因此，作为电力节能的一个重要方面，如何全面掌握路灯照明中的节能现状及前景，将是当前我国城市路灯照明绿色发展当中需要认真探讨的核心问题。

一、我国城市路灯照明节能的基本现状

1．现行城市道路照明设计标准参数，有待得到补充与完善

2007年7月1日实施了新的城市道路照明设计标准，即《C J J45-2006城市道路照明设计标准》。该标准提供了城市道路照明节能设计的重要技术参数，需要我们在实际操作中得到贯彻执行。但由于偏重于考虑驾驶员的视觉条件，路面平均亮度、平均照度、环境比（S R）等成为了照明设计标准中的主要质量指标，见表1[1]所示。从发展角度看，照明节能首先需要制定合理的照度标准。照度标准反映了照明状况和电能消耗的水平，合理制定照度标准，对确保照明电能合理分配与使用有重要意义。其次，要结合多功能微电脑智能节电控制技术，高频点燃技术、脉宽调制技术及大幅延长电子系统使用寿命的谐波控制技术、线路优化技术等多项领先的技术，补充可靠性更高的质量技术参数，充分保障城市道路照明设计标准的技术可行性。第三，在目前城市道路照明中已经不乏LED路灯的身影，但LED路灯的推广还存在着很大的质量表述难点。其评价体系，大多是通过经验方法获得，已不适用于固态照明环境，需要有新的眩光评价体系。在应用方面，若要达到非视觉生物效应，智能动态照明也需要有新参数标准量化等。需要通过完善相应的道路照明节能标准，使城市道路照明设计标准得到不断提升。

2．城市道路照明已步入“绿色照明”新阶段，但普及还远远不够

随着社会的不断进步和发展，道路照明系统通过积极推广路灯照明节能减排的许多具体措施，不断提升城市道路照明设备节能、路灯供配电系统节能、路灯管理节能等整体水平。此外，以高压钠灯取代白炽灯和高压汞灯的节能工程得到加速推进[2]，并通过各种节能型高效照明工具的推广，如电容补偿式节能、调压式节能、电子镇流器节能、太阳能电子镇流器节能、市电L E D路灯和太阳能L E D路灯等，实现了以低能耗获取较佳的照明效果，不断为城镇居民营造出经济、舒适和环保的照明环境，推动我国的城市路灯照明步入了加快实施“绿色照明”（“绿色照明”是20世纪90年代初国际上对节约电能、保护环境的照明系统的形象称谓）的发展新阶段。但是，相对于“节能减排”目标任务而言，其普及程度还远远不够。低效率、高能耗、光污染等问题仍然存在；夜景分散零乱，片面追求城市形象使能源浪费现象较为普遍；L

E D路灯还不如高压钠灯的流明输出或功效，要避免过分夸大它的效能[3] ；城市照明亮灯率低、照明效果急剧下降的现象时有发生，维护与科学管理工作还不到位；固态照明的节电潜力还没有完全释放，需要进一步研究。总体而言，城市道路照明的绿色照明推广任重而道远。

3．以高光效高压钠灯取代普通高压钠灯，依然是主要节能措施

自美国G E公司于1965年首先向市场推出高压钠灯以来，高压钠灯作为高强度气体放电灯( H I D )产品，已成为名副其实的第3代光源（参见图1 [ 4 ]）。经过20多年的努力，我国高压钠灯在性能上已经达到国外先进水平，其发光效率高，在城市道路照明应用中具有重要作用。虽然LED的节能和环境友好特征已经得到很多国家和学者的重视，但目前L E D照明存在稳定性差、成像弱、色彩漂移、眩光问题严重等不足，其综合节能效果还不如高效能高压钠灯。因此，至少从目前来看，L E D灯具比较适合个性化的景观照明、民用照明，暂时还不适合在路灯照明领域普遍采用，否则，将会大大影响城市道路照明的整体质量水平[5]。另外，根据《城市道路照明设计标准》( C J J45－ 2006)的相关规定，城市快速路、主干路、次干路和支路也都应采用高压钠灯[6]。从严格执行城市道路照明设计标准的角度来说，目前在各类城市道路照明中，将会优先考虑采用高压钠灯，尤其是高光效高压钠灯。高光效高压钠灯，因其电极内部足量的发射材料，能保证后期启动性能和灯电压稳定性，大大延长了使用寿命；优化的电极配方减少了光通衰减，提高了节能潜力；光通量相较于传统的高压钠灯来说，也更高一些，一般比普通钠灯光通量增加20%～25%，更加节能；独特电弧管制造工艺，启动时间再短，也能保证成灯高光通量。因此，在未来数年内，高光效高压钠灯在城市照明节能改造中仍将扮演重要的节能角色。

二、我国城市路灯照明节能发展前景分析

1．集成创新将成就未来城市照明节能技术的系统解决方案

此处的集成创新，主要是指利用各种照明节能技术、管理技术与工具等，对城市照明系统各个节能创新要素和节能创新内容进行选择、集成和优化，形成优势互补的有机整体和照明节能的持续动态创新过程。如何以城市照明系统节能需求为战略定位，主动从电能的供、配、送、用环节和管理环节等入手，为未来城市照明节能提供具体技术解决方案和运作方案，即一个全面的系统解决方案，就成为其集成创新的根本要义。限于篇幅，下面只从用电环节节能的主要集成创新视角，介绍2个方面的城市照明节能产品的重点解决方案。

(1) 基于选用发光效率高的光源视角

光源选择一般以能耗低、光效高、寿命长的“适合”光源为标准，但光源的节能主要取决于它的发光效率，因而正确合理地选用高效节能、绿色环保的光源成为节能关键。近年来，陶瓷金卤灯已成为性能比较优异、性价比较高的新型光源，随着电子镇流器、改进驱动电路等的集成创新与应用普及，其光效还会得到进一步提升。毋庸置疑，无论生产还是应用，陶瓷金卤灯将以其优异性能，在节能减排和营造更宜人的光环境方面，成为未来我国高强度气体放电灯类产品中发展最为迅速的分支，并为城市照明节能提供产品重要解决方案，得到了突破性发展。

(2) 基于选择节能高效的电器视角

常规高压钠灯匹配的传统电感镇流器系统，由电感镇流器、触发器和电容3部分构成。由于使用的依然是几十年前的感应电流技术，此系统已十分落后，并导致多方面的缺陷与不足。正确采用功率损耗低、性能稳定、功率因数高[7]的电子镇流器等电器附件，成为我国城市照明节能产品重要解决方案中的关键节能措施。目前有厂家已推出了具有更高节能效果的创新产品——“国通专利节电器”。据研发推出该产品的北京国通路明节电技术开发有限公司总经理朱继国介绍，国通专利节电器采用现代高新电子技术和节电智能控制技术，是获得了国家专利和知识产权保护的路灯节能重大创新产品；使用国通专利节电器对现有城市路灯进行节能改造，具有非常明显的高性价比特点，可实现节电率40%～50%甚至高达50%以上[8]。相关专业人士也表示，由于国通专利节电器是直接将现有路灯的高能耗电器系统进行替换，方式较为简单，既保留了现有路灯光源，又实现了高效节电，是未来城市路灯节能领域具有经济与环保综合效益的改造实施方案，将会有较好的市场应用与推广前景。

2．固态照明将成为未来城市照明节能产品发展的主流方向

城市照明作为一个城市重要的基础设施，正从如何“简单亮起来”向“科学亮起来”转型发展。从国际趋势来看，美国非常重视并期待固态照明技术应用带来的节能潜力，以能源部为主构建了完善的“科学亮起来”的政策体系，提出了固态照明产品(Solid-S t a t e L i g h

i n g，S S L，包括L E D和O L E D )研发战略目标，以支持固态照明技术的研究、开发、示范和商业化应用[4]。日本经济产业省在其发布的《节能技术战略》中，共提出了超级燃烧系统技术——提高燃烧效率、超越时空能量利用技术——储能、信息化社会生活领域节能技术、先进交通运输节能技术、采用电力电子节能技术等5项节能技术[9]。其中，将可提高众多机电设备的能源利用效率来实现节能的电力电子技术列为5个重要节能技术之一，亦即确认了固态照明技术应用等电子技术在未来节能技术发展中的重要战略地位。

从国内推广应用来看，L E D固态照明产品可应用于城市道路照明已是业界的共识，科技部“十城万盏”计划、“绿色照明示范城市”建设等工程，大大加强了LED路灯产品的推广应用力度，成为我国推动节能减排、拉动LED产业发展的重要举措。随着企业自主创新与竞争能力的不断提升，尤其在LED路灯能如何向路面输出更多的流明并减少光溢出等关键技术研发上实现有效突破，在政策扶持方面进一步加大力度，在产品国家标准体系方面得到系统完善，届时L E D固态照明将可能取代高压钠灯等传统照明光源，成为未来我国城市照明节能发展前景广阔的主流光源。

3．人文照明将是未来城市路灯照明可持续发展的战略取向

就城市路灯照明规划而言，虽然不同的地域城市会有相异的规划内容，但有一点是相同的，即都要突出以城市所处的自然环境和人文环境构成的视觉框架为依据。实际上，城市光源不仅是驱赶城市黑暗的工具，同时也是城市对自然光氛围进行再创造，成为一个从积极的方面影响市民情绪和生活环境的因素。因此，随着人们不懈地致力于提升照明产品档次、增加照明效率、减少能源消耗、追求照明节能产品创新的过程当中，城市路灯照明模块化的“一般模式”、“午夜模式”、“节假日模式”等不同时段解决方案也已进入实施阶段，但更为重要的是，城市路灯照明在经历传统照明、科技照明、绿色照明之后，即将迎来能满足节能、环保、低碳等特点，并使照明的光、电、色等技术参数与环境、氛围、活动、人物心情等相适应，努力追求人文、科技、艺术相统一的可持续发展的城市人文照明新时代。

事实上，人文照明环境是城市建设人文软环境的重要标尺之一，它塑造着市民的理性思考、开放心态、创新精神和包容胸怀等文明素养，并为城市建设和发展提供可持续发展的精神动力。未来城市照明发展，不仅仅是为获取节约能源的效果，也不只是要为“亮”而“亮”，更多时候需要从城市的自然与人工环境、工业照明和景观照明的角度，突出以人的视觉效果为重要标准，把人的安全、舒适、认同放在首位，具体分析核心区、商业区、景观区等不同的城市照明形态格局，并结合不同城市各自独特的历史文化气息特征，不断厘清城市人文照明发展的战略取向。因此，未来城市人文照明的发展定位，不仅要为相关照明节能技术的创新发展指明方向，以满足相关的技术标准照亮空间，而且还要成为新的城市文化发展理念，以满足人的活动和需要的经济、生态、人文和美学等方面的价值。

三、结语

当前，在我国城市照明领域中，其发展重点主要集中在城市照明节能与照明质量的提高。虽然我国实施绿色照明工程给L E D的发展带来了极好的机遇，但相对而言，由于与“国通专利节电器”等高节能创新产品的配合使用，高压钠灯等在城市路灯照明节能产品中仍将占据明显的市场优势。随着城市发展从数量、规模进入到讲求品质与和谐的阶段，城市路灯照明节能也被赋予了新的发展要求。对我国城市路灯照明节能发展的前景分析表明，以城市照明系统节能为需求，从供、配、送、用电环节和管理环节等入手的集成创新，将成为未来城市照明节能技术的系统解决方案；被誉为第4代照明光源或绿色光源的L E D等固态照明产品，在完全克服其推广过程中所面临的系列问题之后，必将成为未来城市照明节能产品发展的主流方向；而当照明的光、电、色等技术参数与环境、氛围、活动、人物心情等相适应的理念，真正成为路灯照明规划的核心价值时，人文照明也将自然地成为未来城市路灯照明可持续发展的战略取向。