基于合同能源管理模式的LED路灯节能改造应用研究

基于合同能源管理模式的LED路灯节能改造应用研究

摘 要：介绍了广州市中心城区路灯节能改造服务项目的实施情况，对当前路灯节能改造实施过程中需要控制的前期摸查、路灯检测、照明参数、节省电费计量方式等关键点进行了分析论述，并提出了国家照明标准体系不完善、 LED光源驱动电源寿命较短等主要问题，旨在为以后的路灯节能改造工程提供参考。

关键词：LED路灯；合同能源管理；节能改造 引言

节能减排是当今全球性的共同课题，我国已将其定位为促进国家资源环境和经济社会可持续发展的重大战略措施。广东省于2008年开始启动绿色照明示范工程建设[1]，逐步从试点示范到全面推广应用高效节能环保的半导体照明产品，并于2012年印发了《广东省推广使用LED照明产品实施方案》，将全省全面推广LED照明产品作为战略性新兴产业发展，创新使用合同能源管理模式进行LED路灯节能改造工作。广州市于2012年开始实施的中心城区路灯节能改造服务项目，采用了合同能源管理模式，路灯节能改造规模为6.5万盏，此规模程度在国内尚属首例。本文探讨分析了此路灯节能改造服务项目探讨实施过程中的关键控制点以及存在问题等。

1 合同能源管理模式应用研究 1.1 合同能源管理模式简介

合同能源管理(Energy Management Contracting,简称 EMC)是20世纪70年代在西方国家兴起的一种节能新机制，即通过与客户签订节能

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服务合同，为客户提供包括能源审计、项目设计、项目融资、设备采购、工程施工、设备安装调试、人员培训、节能量确认和保证等一整套的节能服务，并从客户进行节能改造后获得的节能效益中收回投资和取得利润的一种商业运作模式[2]。其实质就是以减少的能源费用来支付节能项目全部成本的节能投资方式。该模式具有以下几个特点: 一是能耗企业不用资金投入即可完成节能技术改造;二是节能服务商承担技术风险和经济风险，能耗企业支付给节能服务商的款项全部来自能源节约所带来的项目效益; 三是合同结束后，节能设备和后续全部节能效益归能耗企业。

1.2 EMC模式下的路灯节能改造服务模式

广州市中心城区路灯节能改造项目所改造的路灯为政府固定资产，路灯的能耗费用(电费)由市财政承担，市照明建设管理单位作为建设单位，通过公开招标确定节能服务商，节能服务商负责对改造范围内的路灯进行节能改造，改造后LED路灯节省下的电费，按约定比例跟市政府分享节省电费收益，冲抵路灯改造成本。其中市政府即为合同能源管理模式的“能耗企业”。具体服务模式见图1。

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图1 EMC模式下的路灯节能改造服务模式

Fig. 1 The streetlights energy-saving renovation service mode based on EMC model 1.3 EMC模式下的路灯节能改造工作流程

本节能改造服务项目的工作流程基于基本建设工程项目的工作程序，并根据实际工作模式形成如下工作流程(详见图2)。

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图2 EMC模式下的路灯节能改造工作流程

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Fig.2 The work flow of the streetlights energy-saving

renovation based on EMC model 2 EMC模式下的路灯节能改造的关键控制点 2.1 前期摸查

对拟改造道路进行路灯详细情况的摸查是此路灯节能改造服务项目的基础性工作，摸查成果最终形成路灯节能改造路灯详细清单，此清单是招标标段划分、投标、订立合同以及节省电费计量的重要依据。广州市城市道路路灯规模庞大，数量较多，路灯设置情况复杂，摸查整理出准确的路灯清单可以较大提高后续管理工作的效率，减少建设单位与节能服务商之间的扯皮现象。考虑项目招标、现场实施、节省功率计算等工作的顺利开展等因素，清单应包括以下数据：道路名称、路段、所属区、道路等级(快速路、主干道、次干道、支路)、光源类型、光源功率、光源数量、总功率、灯杆类型、灯杆数量、竣工日期等基本信息。

2.2 检测

本路灯节能改造服务项目的检测工作主要包括：改造前现场各型号灯具实际功耗及现场各型号灯具现状照度检测；LED灯具安装前的检测；改造工程竣工验收时的灯具照明实际功耗及道路照明参数检测；节能服务合同期内定期对LED灯具及灯具照明实际功耗及道路照明参数检测。检测工作通过公开招标的方式确定具备CMA计量认证证书(包括灯具类照明电器检测及光环境检测内容)的检测单位实施。

2.2.1 改造前原有灯具检测项目

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改造前原有灯具的检测项目按表1内容进行。检测的照度结果作为本路灯节能改造服务项目竣工验收时的照度标准。按照标段划分情况对每个标段采用抽样方式进行检测：标段主干道照度按照主干道数量的100%比例进行检测，结果取所有主干道现状照度检测结果的算术平均值；次干道、支路照度按照标段内道路数量的5%的抽检比例进行抽检，结果取标段内所有抽检道路现状照度检测结果的算术平均值;标段内人行道照度验收标准按照城市道路照明设计标准中有关人行道照度要求执行。

表1 改造前原有灯具的检测项目 Table 1

The testing contents of the original streetlights

before the renovation

工作内容检验项目改造前现场原有灯具检测项目路面照度平均照度Eav维持值均匀度UE最小值现场各型号灯具实际功耗

2.2.2 LED灯具安装前的抽样检测

节能项目改造灯具安装前按3‰的比例对灯具进行抽检，且每种型号不少于2盏，检测内容包括表2要求的全部内容。

表2 LED灯具安装前的抽样检测项目

Table 2 The Sampling inspection before install

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the LED streetlights

工作内容检验项目LED灯具安装前的抽样检测灯具光效驱动电源色温显色指数电器绝缘等级防护等级接地(接地端口与易接触的金属部件之间的电阻≤0.5Ω)检验周期收到样品后最短时间内完成

2.2.3 节能改造工程竣工验收的检测项目

节能改造工程竣工验收时的检测内容包括表3要求的全部内容。现场各型号灯具现状照度按路段进行抽检，抽检所有主干道，次干道按10%的比例进行抽检。

表3 节能改造工程竣工验收的检测项目 Table 3

The testing contents when the completion and

acceptance of the streetlights energy-saving renovation

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工作内容检验项目节能改造工程竣工验收的检测路面照度平均照度Eav维持值均匀度UE最小值现场各型号灯具实际功耗

2.2.4 节能改造服务期间的检测项目

节能改造服务期间的检测内容包括表4要求的全部内容，节能改造服务期间每个月抽检1次。现场各型号灯具现状照度按路段进行抽检，抽检比例为5%。

表4 节能改造工程服务期间的检测项目 Table 4

The testing contents in the service period of the

streetlights energy-saving renovation

工作内容检验项目节能改造服务期间的检测(每个月检测一次)路面照度平均照度Eav维持值均匀度UE最小值现场各型号灯具实际功耗

2.3 照明参数的要求

LED路灯主要照明参数的确定决定节能改造的效果、改造成本以及验收要求等。

2.3.1 LED路灯技术参数要求

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拟投入到本节能改造服务项目的LED灯具应满足表5要求。 表5 LED路灯技术参数表 Table 5

The technology parameter table of LED streetlights

LED芯片光效≥100lm/W灯具工作环境温度-5℃至65℃,湿度≤95%整灯光效≥90lm/W色温2800K～3500K电源效率≥85%功率因素≥0.95输入电压180～260V灯具加速寿命测试温度85℃、相对湿度85%、340小时高温老化测试(光衰不大于6%)显色指数≥70电器绝缘等级Ⅰ级或以上防护等级灯具防水等级需IP65或以上接地接地端口与易接触的金属部件之间的电阻≤0.5Ω

2.3.2 路面照明参数要求

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为保障本次节能改造的效果，路面的照度水平、亮度水平、均匀度等指标必须达到《城市道路照明设计标准》(CJJ 45—2006)[3]中关于上述指标的高档值要求，且照度水平不能低于改造前的水平；投入使用后，路面的照度水平、亮度水平、均匀度等指标应满足《城市道路照明设计标准》(CJJ 45—2006)中的要求(详见表6、表7)。

表6 机动车交通道路照明要求值 Table 6

The road lighting required value about the vehicle

级别道路类型路面亮度路面照度平均亮度Lav/(cd/m2)总均匀度UO最小值纵向均匀度UL最小值平均照度Eav维持值/lx均匀度UE最小值眩光限制阈值增量TI最大初始值/%环境比SR最小值Ⅰ快速路、主干路1.50/2.000.40.720/300.40100.5Ⅱ次干路

0.75/1.000.40.510/150.35100.5Ⅲ支路0.50/0.750.4—8/100.3015—

注：表中所列的平均照度仅适用于沥青路面。若是水泥混凝土路面，其平均照度值可相应降低约30%。

表7 交会区照明要求值

Table 7 The lighting required value about the intersection area

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交会区类型路面平均照度Eav维持值/lx照度均匀度UE眩光限制主干路与主干路交会30/500.4主干路与次干路交会主干路与支路交会次干路与次干路交会20/30次干路与支路交会支路与支路交会15/20在驾驶员观看灯具的方向角上,灯具在80°和90°高度角方向上的光强分别不得超过30cd/1000lm和10cd/1000lm

注：灯具的高度角是在现场安装使用姿态下度量。 2.4 节电功率和节省电费计算模式

为使计量方法科学并具有可操作性，本路灯节能改造服务项目采用抽样统计的方式计算节电功率，计量节省电费。

2.4.1 抽样方法

每型号灯具所抽取样本数量S按照以下方式确定,其中H代表某型号的灯具数量(单位：盏)。

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2.4.2 灯具功率确定方式

2.4.2.1 改造前原状灯具功率确定方式

在实施改造前，由检测单位按照上述抽样方法抽取样本实测灯具功率，进行算术平均后得出某型号灯具实际功率E1i(单位：瓦)，则改造前所有灯具的实际功率P1(单位：瓦)为

其中m代表原状灯具型号种类数量；Ti代表某原状型号实际功率为E1i的灯具数量。

2.4.2.2 改造后LED灯具功率确定方式

在改造项目完成以后，由检测单位按照上述抽样方法抽取样本实测灯具功率，进行算术平均后得出某型号灯具实际功率E2j(单位：瓦)，在合同服务期内，E2j值每年组织测试修正一次并作为其后一年内的节省电量计算依据。则改造后所有LED灯具的实际功率P2(单位：瓦)为

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其中n代表LED灯具型号种类数量；Tj代表某LED型号实际功率为E2j的灯具数量。

2.4.2.3 计算节省功率与节省电费

每年节省功率P(单位：瓦)、每年节省电费M(单位：元)的计算方式如下

M=P×L

其中t代表每日用电时间，单位：小时；L代表地区执行电价，单位：元/度。

3 EMC模式下路灯节能改造存在的主要问题 3.1 半导体照明标准体系尚不完善

随着半导体照明行业的飞速发展，半导体照明技术不断进行革新突破，半导体照明相关标准体系的建立与不断完善是照明产业规范、有序、健康发展的必需条件。目前，我国已制定了部分国家标准、行业标准以及地方标准，主要以安全和光电参数方面的标准为主，对能效要求的标准、检测标准等尚欠缺，且权威检测平台尚未建立，导致无法对现有半导体照明产品进行质量评价或认证。在本路灯节能改造服务项目中，由于各节能服务商提供的LED路灯产品品牌各异，大部分是基于企

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业自身相关照明标准进行生产的，导致LED路灯各模块在不同品牌之间不能通用，缺乏互换性，使用了多少品牌的 LED 路灯就必须储备一样多品牌的备品备件，增加了运行检修和物资管理的难度。因此，完善既能够适应我国LED照明产品的技术发展，又能与国际标准相接轨的半导体照明国家标准体系,才能引导和规范我国半导体照明产业的发展,加速照明LED的技术进步及其推广应用。

基于此，为了保证此次路灯节能改造服务项目投入改造使用的LED路灯的各项性能指标均满足要求，本项目在招标阶段对参与投标的企业拟投入使用的LED路灯限定了一个入围条件，即必须使用广东省LED 照明产品评价标杆体系推荐采购产品目录的产品。广东省LED 照明产品评价标杆体系，作为拥有完善的管理体系、管理机制、工作流程、评定体系等的科学的动态LED产品质量评定机制，对控制LED产品质量和示范工程效果具有有效作用。

3.2 LED路灯驱动电源寿命较低

LED路灯作为一种新的光源，其节能环保的特性受到市场青睐。LED路灯属半导体光源，用直流低电压供电，这就要求在这些灯具中或外部设置驱动电源，实现AC-DC转换，完成与LED的电压和电流的匹配，从光电整合应用方面考虑，驱动电源成为影响LED路灯可靠性和适应性的一个重要组成部分。据有关试验，LED芯片、灯珠等组件本身的寿命较长，驱动电源在LED路灯组件中的寿命最短，可以说驱动电源的寿命在一定程度上取决于驱动电源的寿命。驱动电源的寿命较短的问题已成为LED路灯乃至整个半导体照明产品发展的瓶颈。

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本路灯节能改造服务项目的服务期为八年，据测算，在服务期内驱动电源需更换一次才能保证整灯正常运行，加大了路灯的维护成本。因此，在节能服务期内要求节能服务商无偿提供备品备件是降低维护成本的关键因素。

4 结语

广州市推进实施的中心城区路灯节能改造服务项目，探索性使用了合同能源管理模式，不仅降低了资源能耗、减少了财政支出，利用社会资源完成了城市路灯照明工程的升级改造，也为照明企业带来了经济效益以及照明新产品大规模推广应用的机遇，实现了政企双赢的目的。通过本文的分析论述，合同能源管理模式在城市路灯节能改造工程中的应用具有可行性，但应重点把控前期摸查、路灯检测、照明参数要求、节省电费计量方式等过程控制关键点。当国家照明标准体系得到完善、 LED光源的驱动电源寿命较短等瓶颈问题得到解决后，合同能源管理模式在城市路灯节能改造工程的推广应用程度将会加大，也将会促进整个半导体照明行业的发展。

参考文献

[1] 曾川,陈海波.EMC模式LED路灯替换高压钠灯路灯的能源审计方法[J].中国照明电器,2014(2):15-18.

[2] 文尚胜，桂宇畅，王保争,等.LED路灯 “合同能源管理”模式的困惑与出路[J]. 照明工程学报.2010, 21(4):91-94.

[3] 城市道路照明设计标准:CJJ 45—2006[S].北京:中国建筑工业出版社,2007.

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