摘要 近年来我国社会经济不断发展，能源的消耗日益增长，而随之而来的是资源日益贫乏，基础能源的投资成本攀升和各种安全和污染隐患，因此采用绿色能源在电气工程中是一个重要的课题。本文浅析一种切实可行的白云湖绿色照明系统设计-风光互补路灯绿色照明设计方案，通过对风能，太阳能的分析研究，满足白云湖路灯的照明需要，解决离网式电能供给的问题，针对广州的实际风光能量情况和白云湖的实际规划需求设计。
关键词 ： 照明、风光互补、环保
白云湖地区位于广州市白云区西部，规划将这38平方公里的范围定位为白云湖滨生态宜居新城。其中先期规划的白云湖公园是目前广州最大的人工湖泊，是广州市北部水系建设珠江西航道引水首期工程，同时也是白云区休闲园林公园。白云湖分东西两个湖区，公园的正门在东湖，入口分别有人行道和双向车道，东湖进去经过一个石桥河。白云湖公园目前规划主要是人行道及入口管理处的车道。白云湖公园作为展现广州市市容市貌的一个标志性区域，在园区人行道及机动车道照明方面也应该起到标志性的作用，为城市的节能减排工作起到宣传作用。采用风光互补供电的绿色照明系统可以使用在路灯照明中，既节省电能，又可以适应建立绿色生态城市的需要。
1. 照明区域分布
照明设计规范中明确城市道路照明的用途是为各种车辆驾驶员和行人创建好的光学视觉环境，以达到对道路交通安全的保障，提高交通运输的效率，提高群众生活水平，遏制犯罪现象，美化城市环境的目的。白云湖公园周边还有大片农村区域未开发，必然涉及到治安问题，而且白云湖公园主体是人工湖水域，公园作为群众娱乐休闲的去处，必然要考虑园区安全的问题，因此需要对园区道路的照明设施进行合理的配置。广州市对白云湖公园目前规划的道路主要有3段，白云湖环湖路总长约7000米，其中包括：1. 西湖段环湖人行道长2127米；东湖段环湖人行道长约4000米；东西湖连接段长873米；2.按照道路路宽区分，道路环湖一级道路4米行人和非机动车宽路段一共6224米，东南处白云湖管理调度中心和石井河船闸水闸，泵站附近区域为一级道路7米双向机动车车道路段一共825米，石井河上13米宽拱桥总长107米。对白云湖公园管理处调度中心和水闸控制区附近的双向车道和拱桥均才采用风光互补路灯设计，可以在湖区入口和交通较为复杂的区域起到良好的照明作用，同时采用离网式风光互补照明设备和太阳能供电的路灯照明解决了地处城乡结合部的白云湖地区输配电工程量较大的问题。
2 白云湖路灯布置方式
道路照明设计应根据道路和场所的特点及照明要求，选择常规照明方式或高杆照明方式。本工程应用中采用的是灯具安装在高度<15m的灯杆上进行照明的常规（杆）照明为宜。
根据《城市道路照明设计标准》CJJ 45--2006的照明标准对白云湖公园地理位置分布，选择道路所需的照度。白云湖7米双向机动车道属于的是城市次干路，但是湖区正常工作和水闸管理处正常工作施工的交通量不属于繁忙路段，选择低一档平均照度10lx。中小型桥梁的照明应和与其连接的道路照明一致。白云湖的13米石拱桥与7米双向机动车车道连接，所以选用路面平均照度为10lx。4米行人和非机动车路段符合公园照明中的庭院、平台的要求，选择标准最小平均水平照度为5 lx。白云湖公园的道路中只有次干路，所以交会区照明标准均选用20LX。
常规照明灯具的布置可分为单侧布置、双侧交错布置、双侧对称布置、中心对称布置和横向悬索布置五种基本方式。采用常规照明方式时，应根据道路横断面形式、宽度及照明要求进行选择。由于道路照明灯具仰角过大时，会在弯道等区域产生眩光，影响驾驶安全和舒适性，增大仰角也不能并不一定提高平均照度及有效照射区域的面积。照明设计规范中明确灯具的仰角在一般情况下不得大于15°，白云湖道路情况应用中选择仰角5°的常规路灯结构，悬梁长度按照规范中不宜超过安装高度1/4的规定，选择厂家符合规定的尺寸型号。根据白云湖的道路使用情况，白云湖的环湖一级道路4米人行和非机动车宽路段宜采用单侧布置方式，一级道路7米双向机动车道路段宜采用双侧交错布置方式，石井河13米宽拱桥宜采用双侧交错布置方式。
3道路照明照度
白云湖公园道路照明属于市政道路设计，可以采用逐点照度计算法和利用系数法来计算照明设备光通量与路面平均照度，本文采用利用系数法进行设计计算，利用系数表是由选择LED灯具生产商提供，可以通过相关的系数对照明平均照度进行计算。根据《城市道路照明设计标准》CJJ45-2006中道路横断面形式、宽度及照明要求选用的均为安装仰角5%的路灯安装方式。考虑路灯外壳透镜和其他光学配件的光通量损耗，按90%修正。经计算查表白云湖的环湖一级道路4米人行和非机动车宽路段利用系数为0.74， 7米双向机动车道路段可选用系数0.74，石井河13米宽拱桥路灯可选用系数0.82。参考CJJ45规范中关于维护系数的内容，路灯由于采用LED光源，不存在负压吸入灰尘，蚊虫等问题，但是由于广州多余多尘，故选用IP65防护级别。
白云湖公园3个主要路段在前文中进行了路面照度的分析，根据利用系数法我们可以计算出各路段灯具的光通量需求。由于在不同路段的路灯排列采用了单侧布置、双侧交错布置、双侧对称布置3种排列方式，所以在需要系数中要考虑排列不用对光源发光量的关系，对称排列时N=2，其它排列时，N=1。下面通过公式 对各路段的照明光源最低光通量进行估算。4米道路照明光源光通量501Lm，7米道路照明光源光通量2703Lm，13米石井桥桥面照明光源光通量265Lm。根据LED光源参数选择和计算，各路段分别配置15W暖白色LED光源，光源光通量不低于1500流明；50W白色LED光源，光通量不低于4500流明；配置相应的低压电源驱动模块和功率因数校正电路，功率因数达0.95以上。
4 风光互补供电可行性
白云湖位于广州白云区郊区，广州市地处东经112度57分至114度03分，北纬22度26分至23度56分之间。从全国太阳年辐射总量的分布来看，青藏高原和西北地区、华北地区、东北大部以及云南、广东、海南等部分低纬度地带的年太阳辐射总量都在5000MJ/m2以上。广州全年日照时数为1437-2060小时，占全年可照时数的40%以上。白云湖地区位于广州市白云区，位于城区的西北面，光照条件良好，而且白云湖地区远离工业污染及城市废弃，位于市郊，阴霾天数较少，总的来说，该地区具备太阳能发电设备的使用条件。广州地区的年平均风速2.7米/秒左右，其中第一季度平均风速最大，各月平均风速可达 3.0～3.5 米/秒，7～8 月较小。白云湖地区的年平均风速要高于广州市年平均风速。风能和太阳能的在时间上具有很强的互补性，项目实施地的道路周边比较开阔，障碍物少，为推广风光互补服务提供了极好的自然条件。因此在白云湖公园的道路照明中建设风光互补照明系统具有可行性。
5. 路灯电源容量设计
负载日平均耗电量是衡量负荷的重要指标，根据路灯的使用时长可以计算出日耗电量。按照广州地区的日照情况，白云湖风光互补路灯及太阳能路灯的照明时间应该满足每天8-10小时的工作时间。以每天8小时进行估算。环湖人行道选用15瓦LED灯光源，其设备日用电量为120Wh， 机动车道选用50瓦灯LED灯，其设备日用电量为400Wh.对系统一般采用冗余设计，估算的日用电总量按照计算负荷用电量的1.2倍考虑。小型风力发电机匹配的蓄电池容量不符合风力发电机发出能量的要求， 将会产生问题。蓄电池容量过大时， 风力发电机发出的能量不能保证及时地给蓄电池充足电， 致使蓄电池经常处于亏电状态， 缩短蓄电池使用寿命。蓄电池容量过小时， 会使蓄电池经常处于过充电状态。蓄电池长期过充电将会使蓄电池早期损坏， 缩短使用寿命。蓄电池容量 主要由蓄电池备用天数 和系统日耗电容量 确定，利用 进行估算。公园主干道路灯采用50瓦LED光源，选用200 免维护铅酸蓄电池；15瓦LED景观路灯选用55 免维护铅酸蓄电池。
根据广州白云湖地区和电池容量设计，配置的300W风力发电机和100W太阳能电池板在白云湖公园地区的光照条件和风力资源条件下能进行能源的自给自足，富足能源能够通过充放电控制器源源不断的储存到蓄电池中，按照容量匹配，电池可在两天内由风光互补发电系统自行充满，满足连续6天以上的无风阴天极限天气照明需求。
6. 环保经济效益
白云湖地区是广州市政府重点规划发展的未来白云区商业中心，作为广州最大的人工湖，在该区域采用新能源设备将起来标志性的作用。风光互补路灯采用风力发电和太阳能板对自然资源进行能源转换，利用风能和太阳能的双重优点，良好的解决了路灯设备供电的问题。经设计计算，在白云湖公园环湖一级道路4米非机动车，7米双向机动车道和13米宽石井河桥各选择50W白色LED风光互补路灯和15W的LED太阳能路灯组成照明系统。8米风光互补路灯配置的300W风力发电机和100W太阳能电池板经过核算在白云湖公园地区的光照条件和风力资源条件下能进行能源的自给自足，富足能源能够通过充放电控制器源源不断的储存到蓄电池中，按照容量匹配，电池可在两天内由风光互补发电系统自行充满，满足连续6天以上的无风阴天极限天气照明需求。环湖一级道路4米行人和非机动车道选用5米太阳能景观路灯，配置75W太阳能电池板，均满足白云湖照明能源供给的需求。
总的来说论文通过对广州市白云湖地区光照和风力情况进行分析，匹配相应的发电储电系统，满足白云湖路灯的照明电能需要，解决离网式电能供给的问题。新能源路灯的应用将成为白云湖公园一道靓丽的风景线，也将为白云湖地区树立了一个绿色，节能的现场教材。如果整个白云湖公园沿湖道路均配置风光互补路灯和太阳能景观灯，环湖一级道路4米行人和非机动车路段配置15瓦LED太阳能景观路灯约479盏，交汇处按实际工程需要进行配置，路灯按单侧布置。石井河13米宽拱桥路段和一级道路7米双向机动车车道路段配置50瓦风光互补路灯共51盏。可以用50W的LED路灯替代150W的高压钠灯按照100盏运行5年进行比对，可节省电能535820KWh，节省电费487275元，而且从长远投资收益来看，风光互补路灯虽然初期投资较大，但是长期运行获益明显。绿色照明采用风光互补路灯是一种新型可靠的绿色照明系统，其真正实现了“零”能源消耗和环境污染。如果按照火电厂发一度电的煤耗相当于360克的标准煤碳消耗，目前相关资料显示燃烧1吨标准煤估计可排放2.66～2.72吨的二氧化碳。通过建设新能源照明设备可以大量的减少煤炭能源的消耗量，从而减少二氧化碳，二氧化硫等气体的产生，按照50W路灯运行5年测算，可减排的525吨二氧化碳气体。随着石油煤炭能源资源的不断减少，以及环境处理费用，这些能源的使用成本会越来越高，届时绿色能源以及相关新能源应用就更凸显出它的经济环保优势。
参考文献
1.城市道路照明设计标准[S] .北京：中华人民共和国建设部，2006
2. DB44，LED路灯标准[S] .广东省：广东省质量技术监督局，2008
3.广州市白云湖景观总体规划设计方案. 广州市水务局规划处.2010
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