浅谈六潜高速公路隧道机电工程中新技术的运用
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摘要：正值能源紧缺、环境污染问题形势严峻,各种可再生能源的开发利用逐渐受到人们的重视。新型能源太阳能、风能越来越被人们关注,太阳能在高速公路行业已被广泛开发利用。风能作为取之不尽、用之不竭的可再生天然能源,具有广阔的发展前景,六潜高速公路，隧道多达27座，总长23354米。隧道的照明采用太阳能和风能发电互补离网供电系统，不仅节省电能，还可相对提高照明灯的使用寿命。此系统还具有监控车辆违章等功能，在我省乃至全国高速公路隧道供电中还是首次使用。
关键词：隧道；太阳能；风能；供电系统
Abstract: during the grim situation of energy shortage and environmental pollution problems, development and utilization of various renewable energy gradually to the attention of the people. New energy and solar energy, wind energy is more and more attention by people, has been widely in the highway industry development and utilization of solar energy. Wind energy as an inexhaustible, inexhaustible and renewable natural energy, has broad prospects for development, six dives highway, tunnel up to 27, total length of 23354 meters. Tunnel lighting with solar and wind power complementary off-grid power supply system, not only saves electricity, can also be relatively improve the service life of the lamp. This system also has the function such as monitoring traffic peccancy, highway tunnel in the power supply in our province and even the whole country is the first time use.
Key words: tunnel; Solar energy; Wind power; Power supply system
中图分类号：U215.7文献标识码：A文章编号：2095-2104(2013)
一、工程概况
六安至岳西(黄尾)、岳西(黄尾)至潜山高速公路是国家重点干线公路规划中的纵5（东营～香港口岸）高速公路的一段，同时也是安徽省公路主骨架规划中 “西纵”（亳州～阜阳～六安～安庆～东至公路）的重要组成路段。本项目建成后，安徽省“西纵”将全线贯通，与国道105、国道312、省道318、省道210、省道209一起，形成大别山区公路网的骨架。六安至岳西(黄尾)、岳西(黄尾)至潜山高速公路建成后，将使连霍国道主干线、上海～洛阳国家重点公路、上海～武威国家重点公路、沪蓉国道主干线、沿江高速公路、杭州～兰州国家重点公路互连互通，形成高速公路网的规模效益。本项目的实施，使得大别山腹地增加一条快捷、安全的陆路大通道，对安徽省乃至国家公路网的完善均起着积极的促进作用。本项目起点接阜阳至六安高速公路，终点接潜山～景德镇高速公路。其实六潜高速专设立一隧道标段，此标段全线共设有11座隧道，其长隧道1座，长隧道4座、中隧道4座，详见下表。
六潜隧道标段隧道一览表
(图1)
二、隧道机电工程的分类
公路隧道机电系统一般由通风系统、照明系统、监控系统、消防系统和供配电系统5部分组成。各部分的组成简单介绍如下：
通风系统可对车辆通过时产生的一氧化碳、烟雾、异味进行稀释；一般采用射流风机，安装在行车道的正上方；近年来也有采用隧道吊顶内安装风管的通风方式。
照明系统一般采用荧光灯、高压钠灯或LED灯,安装在行车道的上方及隧道横洞上方，以满足隧道内路面的平均照度和均匀度的要求;按功能分为：基本照明、加强照明、应急照明、横洞照明；按区段分为引入段、适应段和过渡段、基本段、出口段。
监控系统包括车辆检测器、气象检测器、闭路电视监视系统、紧急电话系统、环境检测设备（包括CO传感器、烟雾传感器、风向风速传感器等）、交通诱导设施、可变信息标志、监控计算机系统等。
消防系统包括紧急广播系统、火灾监测系统、声光报警系统、灭火系统；主要设备有：火灾探测器、消防控制器、火灾报警器、消火栓、灭火器、加压设施、供水设施等。
供配电系统主要为通风系统的风机、照明系统的灯具、消防系统水泵和监控系统各种监视设备提供电力支持。供配电系统主要采用10KV架空线将附近变电所电源引至隧道洞口，再经箱式变电站或变电所变为隧道所需电压。
三、六潜隧道机电工程施工中新技术运用
针对传统六潜高速公路隧道多，战线长等不理条件，结合机电工程中供电系统的诸多不足和六潜高速公路山区区段的地理环境特点，许多独立于传统的油煤发电的新能源技术也不断成熟起来，采用新能源给设备供电，可以节省大量的能源。太阳能和风能发电互补离网供电系统伴随着近年来新能源技术的发展，鉴于高速公路铺设的地段，所以在六潜高速公路的隧道照明及监控工程中就引入了新型的太阳能和风能发电互补离网供电技术。
1.太阳能和风能发电的原理众所周知，根据风能发电的基本公式：，（ρ为空气密度，Ｓ为通风截面积，ｖ为风速）
由此可见风能的多少与风速ｖ成立方关系。随着风速的增加，风速成立方关系增长，幅度很大。在风速大的地区，风能资源储备丰富，而在六潜高速公路经过区域，深入山区，山区多风的地理环境也给我们隧道采用风能发电提供了一个良好的基础前提。另外，根据太阳能发电系统年间发电量公式：ｋＷｈ＝（ＵＰｍＰＨｐＨｉＨｃ）/Ｐｏ，（Ｕ是日射量；Ｐｍ是单块太阳电池组输出功率；Ｐ是太阳电池组数量；Ｈｐ是太阳电池板参数；Ｈｉ是功率调节器效率；Ｈｃ是线路损耗系数）
可见太阳能发电系统除了和太阳能电池组自身参数有关之外，外界理想影响参数只有日射量Ｕ一个，且成正比关系。可见在日照较好的大别山区采用太阳能发电具备良好的前景。
2.太阳能和风能发电互补离网供电系统的原理风光互补发电系统是鉴于高速公路山区路段光能和太阳能储备丰富的特点，利用风能和太阳能资源的互补性，用于替代传统的能源发电方式，是具有较高性价比的一种新型能源发电系统。系统中太阳能电池板和风能发电机同时工作，使用共同的充放电系统和蓄电池系统，充分利用太阳能和风能发电各自的优势，以弥补对方的劣势。如在多雨阴天天气里以风能发电为主，以弥补因为阴雨天阳光照射不足的缺点；而在阳光充足但风力较小的时期，以太阳能发电为主，以弥补因风力不足而造成的风能发电不足问题。实践表明，通过风光互补发电系统的建设，可以很好地解决高速公路山区路段机电设备的用电问题。通过风光互补发电系统，既节省了电能，又降低了发电设备的配置和成本，同时又相对提高了照明灯的使用寿命。
3.太阳能和风能发电互补离网供电系统，较之以往的隧道照明及监控传统发电系统具备以下特点：
a、绿色能源，属于国家大力发展和推广的新技术风能、太阳能和风能发电互补离网供电系统是一种新型的绿色环保电源系统，风光互补发电系统的能量来源是自然界的太阳能和风能。
b、适宜山区高速的地理环境单独的太阳能或风能系统，由于受时间和地域的约束，很难全天候利用太阳能或风能资源。而太阳能与风能在时间上和地域上都有很强的互补性，白天光照强时风小，夜间光照弱时，风能由于地表温差变化大而增强。在山区，太阳能和风能在时间上的互补性是太阳能和风能发电互补离网供电系统在资源利用上的最佳匹配。
c、电源线缆不易被盗，减少运营成本风光互补发电系统是就地的独立电源系统，除了节约用电、减少运营成本之外，不需要再额外敷设外场线缆，减少了线缆被盗的风险，同时也节约了系统维护费用。虽然在建设初期设备一次性投入成本相对较大，但随着长期的运营成本减少，很快就会收回前期投入，达到省钱省力的目的。
4.太阳能和风能发电互补离网供电系统在六潜隧道机电系统中照明和监控工程的应用，既节省了电能，又降低了发电设备的配置和成本，相对提高了照明灯的使用寿命。是我国第一次在高速公路建设中引入此系统(图1)。
结束语
鉴于山区风能、太阳能储备丰富的特点，结合新能源、新技术六潜高速隧道的应用，可以清晰地发现新节能技术在高速公路隧道照明系统中具有很强的可行性和实用性。在不久的将来，太阳能和风能发电互补离网供电技术等先进技术会不断地发展，这些新节能技术将会在高速公路隧道机电工程系统中扮演更为重要的角色。
参考文献：
1 陈彦华.谭光友.公路隧道照明光源的选择[J].《灯与照明》,2006
2 太阳能风能在高速公路上的应用[C].2006中国科协年会,2006