Анализ механизмов повышения энергоэффективности систем наружного освещения

I. Введение

Энергоэффективность стала важной темой в современном мире, и системы наружного освещения не являются исключением. Большое количество энергии тратится на освещение улиц, парков, зданий и других общественных пространств, что влечет за собой значительные энергетические и экономические затраты. Целью данного исследования является анализ механизмов повышения энергоэффективности в системах наружного освещения, а также определение потенциальных преимуществ и ограничений этих механизмов. Актуальность темы обусловлена растущим спросом на энергию и увеличением стоимости энергоресурсов, а также желанием общества и научного сообщества сократить влияние на окружающую среду и улучшить энергетическую независимость.

II. Теоретический обзор

Энергоэффективность, в своей основе, представляет собой баланс между потреблением энергии и результатом, который мы получаем от этого потребления. В контексте систем наружного освещения энергоэффективность обычно определяется как соотношение между световым потоком, выдаваемым системой освещения, и потребляемой энергией.

Это можно визуализировать как ситуацию, где определенное количество света достигает земли и уличных объектов с наименьшим потреблением энергии. Механизмы повышения энергоэффективности стремятся максимизировать это соотношение, улучшая качество света при снижении энергопотребления [1].

Важно понимать, что энергоэффективность не ограничивается только снижением энергопотребления. Она также связана с улучшением качества освещения и созданием приятной, безопасной и доступной среды для пешеходов, автомобилистов и общественных пространств [7]. Это означает, что энергоэффективные системы наружного освещения должны обеспечивать необходимый уровень освещения для выполнения задач безопасности и комфорта, в то же время минимизируя свое энергопотребление.

Также стоит отметить, что энергоэффективность в контексте наружного освещения не только связана с экономией энергии и сокращением затрат, но и играет важную роль в снижении воздействия на окружающую среду, уменьшении светового загрязнения и повышении общего качества городской среды.

III. Механизмы повышения энергоэффективности

Рассмотрим основные существующие способы повышения энергоэффективности в наружном освещении.

Замена устаревших светильников с лампами ДРЛ (дуговая ртутная) и ДНаТ (дуговая натриевая трубчатая) на светильники с минимальным потреблением электроэнергии является одним из самых эффективных способов реальной экономии электроэнергии. В настоящее время светодиодные светильники нового поколения являются одним из наиболее подходящих решений в этой области [6].

Замена светильника с лампой ДРЛ мощностью 400 Вт, обладающей световым потоком 19 кЛм, на светодиодный светильник аналогичного назначения, но с мощностью 150 Вт и световым потоком 21 кЛм, может принести значительные выгоды. Это позволяет существенно снизить расход электроэнергии. Светильник с лампой ДРЛ потребляет 400 Вт, в то время как светодиодный светильник требует всего 150 Вт. Это значит, что с переходом на светодиодный светильник можно сократить расход электроэнергии на 250 Вт [6].

При этом, в городском освещении стал применяться все чаще еще один способ экономии: введение фаз освещений. Как известно, уличное освещение включается в вечернее время и выключается утром, когда становится светло. Во многих муниципалитетах для экономии энергии стали вводить вечернюю фазу и ночную фазу уличного освещения [2]. Они сводятся к тому, что в вечернее время все осветительные установки в городе работают, а вот в ночное работают только часть установок (как правило, 2/3). Это позволяет существенно снижать затраты электроэнергии. Но у этого способа есть и существенные недостатки. В первую очередь, он приводит к неравномерному освещению и, как следствию, к быстрой утомляемости глаз. Поэтому он не считается самым эффективным из всех.

Одним из направлений энергосберегающих технологий является использование регуляторов, стабилизаторов напряжения для освещения улиц. Устройство позволяет регулировать напряжение питания ламп, создавать оптимальный режим работы и продлевать их срок службы. По команде диспетчера или по радиоканалу можно управлять устройством, а также можно запрограммировать его на астрономический график.

Реальный способ экономии – это четкое следование графику освещения в населенном пункте, утвержденному администрацией. Для решения этой задачи вводится автоматизированная система управления (АСУ) освещением, которая будет управляться автоматически [3]. Пункты питания уличных светильников без АСУ работают с большой разницей времени включения.

Солнечные лампы являются новыми технологиями в осветительных установках городов. Они не потребляют энергию и обладают такими преимуществами, как автономность, легкий монтаж и экономия электроэнергии. Однако они имеют некоторые недостатки, такие как нестабильность работы при экстремальных температурах, невозможность починки диодов и более высокую стоимость. Солнечные лампы экологически безопасны, но зависят от погодных условий и имеют ограниченную продолжительность работы. Производители работают над устранением недостатков и рынок таких ламп активно развивается. Выводы о замене традиционных ламп на солнечные следует делать, учитывая герметичность корпуса, емкость аккумулятора и погодные условия в конкретном местоположении города.

Введение автоматизированных систем контроля и учета электроэнергии в уличном освещении играет важную роль в повышении энергосбережения. Такие системы позволяют более точно отслеживать и контролировать потребление электроэнергии в уличных осветительных установках.

Автоматизированные системы контроля и учета (АСКУЭ) включают в себя различные сенсоры, счетчики и системы управления, которые позволяют мониторить и регулировать энергопотребление в реальном времени. [4] Они оснащены современными технологиями связи и обработки данных, что обеспечивает точные и надежные показатели потребления электроэнергии.

Преимущества внедрения АСКУЭ в уличное освещение очевидны. Во-первых, такие системы позволяют получить подробную информацию о потреблении электроэнергии на уровне каждой отдельной установки. Это дает возможность выявить потенциальные проблемы или неэффективные места освещения и принять соответствующие меры.

Во-вторых, АСКУЭ позволяют автоматизировать процессы управления освещением. Системы могут быть настроены на оптимальное использование энергии, включая регулирование яркости света в зависимости от времени суток, погодных условий или наличия людей на улице. Это позволяет эффективно использовать энергию и снизить излишнее потребление.

Кроме того, АСКУЭ позволяют оперативно обнаруживать и устранять неисправности или повреждения в системе освещения [5]. При возникновении проблемы система автоматически отправляет уведомления, что позволяет оперативно принять меры по ремонту или замене неисправных компонентов.

Введение автоматизированных систем контроля и учета электроэнергии в уличном освещении имеет значительный потенциал для повышения энергосбережения. Они позволяют более точно контролировать и оптимизировать потребление электроэнергии, улучшать эффективность системы освещения и снижать энергетические затраты.

На основании проведенного анализа, произведены расчеты эффективности внедрения методов повышения энергоэффективности в установках уличного освещения. Наиболее результативным в настоящее время определен метод замены существующих источников освещения на светодиодные.

Моделирование установок уличного освещения показало, что для создания оптимального уровня освещенности, который будет удовлетворять нормируемым параметрам, достаточно использовать светодиодные светильники мощностью 280 Вт вместо существующих светильников ЖКУ с натриевой лампой высокого давления мощностью 400 Вт. Данное замещение одного светильника позволяет экономить в натуральном эквиваленте 1007 кВт∙ч в год. При этом замена всех светильников электрической линии наружного освещения окупается за 3 года, что является хорошим результатом.

Аналогичные расчеты эффективности внедрения фонарей, работающих от солнечной энергии, показали, что окупаемость будет происходить в течение 10 лет. Однако, срок службы солнечной батареи 11,4 года. В настоящее время, производители усовершенствуют технологии, но на сегодняшний день, окупаемость происходит почти весь срок службы. Несмотря на экологичность, пока что использование фонарей на солнечных батареях не является эффективным.

Заключение

В результате проведенного исследования выяснилось, что существует множество механизмов и подходов, которые могут помочь повысить энергоэффективность систем наружного освещения. Однако для их успешного применения необходимо более глубокое и детальное изучение каждого механизма с учетом конкретных условий и требований.

В свете этого дальнейшие исследования могут быть направлены на оптимизацию существующих механизмов и разработку новых инновационных решений для повышения энергоэффективности систем освещения. Такие исследования помогут более точно определить наилучшие практики и применить их в различных условиях и контекстах.

Результаты данного исследования имеют потенциал оказать значительное влияние на область наружного освещения. Полученные знания и рекомендации могут быть использованы специалистами и деятелями в сфере освещения для выбора наиболее эффективных решений, которые помогут оптимизировать управление освещением и снизить энергопотребление. Это в свою очередь позволит снизить нагрузку на энергетические системы и способствовать экологической устойчивости в области освещения городов и населенных пунктов.

1. Айзенберг Ю.Б. Энергосбережение - одна из важнейших проблем современной светотехники // Светотехника. - 2019. - № 6.
2. Иткинсон Г.В. Состояние и перспективы разработки и производства светодиодов в России // Светотехника. - 2020. - № 6.
3. Абдулхаков Р.Р. Из тени к свету. Опыт Казани по модернизации уличного освещения/ Р.Р. Абдулхаков// Энергосовет. - 2012. - №2. — 74 с.
4. Галеева А.Р., Газизова О.В. Энергоэффективность -основа устойчивого развития экономики страны. -Вестник КНИТУ. 2021. Т.17.-№8. - С.372-377.
5. Ибрашева Л.Р., Шекурова М.М. Государственное регулирование энергоаудита: отечественный и зарубежный опыт. Вестник КНИТУ. 2020.-№3. - С.281-288.
6. Идиатуллина А.М. Управление проектами в области энергосбережения в России и за рубежом. Вестник КНИТУ. 2021. Т.15. -№6. - С. 195-200.
7. Митрохин В.В. Развитие рынка энергосервисных компаний в России/ В.В. Митрохин, О.В. Ульянкин// Современные проблемы науки и образования. - 2021. - №4.