专家点评
高速公路服务区广场照明、收费广场照明和收费天棚照明是交通工程沿线服务设施的重要组成部分，既是高速公路的基本服务项目，也是高速公路的标志性设施，在为公路使用者和管理者提供服务的同时，也消耗着巨大的电能，给高速公路运营单位带来了较大的经济负担。探讨使用新型节能灯具一直是照明工程界的难题之一。辽宁省高速公路管理局结合服务区、收费广场和收费车道照明特点，在对高压钠灯、LED照明灯、荧光灯、无极灯等节能型灯具进行比选基础上，选择了微波离子灯作为节能光源，经过试点试验到全省范围内高速公路推广应用，从2006年开始至2009年为止，共更新改造19个服务区、6个收费站，共399盏新型节能光源。经过三年多实际运行，证明该种灯具质量是可靠的，性能是安全稳定的，节能效果是明显的。三年来，在照明质量提高的前提下，共节省工程材料费66万多元，电能消耗平均降低30%，节约用电155万千瓦小时（度），节省电费约120万元，减少CO2排量约1357吨。该示范工程成功的关键在于示范单位领导重视，走科技创新节能之路；以理论计算为基础、以科学实验为依据；以点带面、稳步推进。在技术上通过优化设计大大减少了灯具数量，在工程措施上尽量利用原有配电线路并注意选择有利时机使投资得到充分利用。该技术可广泛应用于净空8米以上安装的大功率、宽区域照明，在现代交通管理和其他照明工程中具有广阔的应用前景。
“微波离子灯照明节能技术应用”推广材料
——交通运输部节能减排专家工作组
一、概况
辽宁省高速公路管理局于1986年经辽宁省政府批准成立，为辽宁省交通厅直属行政性事业单位，主要负责对全省已开通高速公路实施集中统一管理，具体承担道路收费、道路养护、路政执法、治理超限、通信监控及服务区运营管理等项工作。局机关内设9个机构，1个指挥调度中心；局下辖18个直属管理处，1个应急处置中心，1个直属国有企业，全省共管辖189个收费站，45个服务区，共计2833km的高速公路，全局共有职工12308人。
辽宁省高速公路管理局在工作实践中，遵循“以人为本，以车为本”的服务管理方向，全面落实省交通厅党组提出的“养护机械化、管理信息化、服务人性化，向更高的智能交通发展”的养护管理现代化要求，充分发挥事业单位全省统管优势，统一技术标准，规范管理行为；同时，借鉴并运用现代企业成功管理经验，提高行政管理效率，降低内部管理成本，取得了良好的社会效益。
近年来，辽宁省高速公路管理局在工作中坚持节能优先，鼓励技术创新，加强用能管理，通过局、处两级的共同努力,节能降耗工作取得了实效。在注重加强能耗管理工作的同时，加大了对共性、关键和前沿节能技术、设备的推广应用力度，实施了微波离子灯等多项节能工程。
2006年12月，在盘海营高速公路大盘、海盘收费站安装了16盏微波离子灯作为试点；试点取得成功后，2008年，在金州、大连、沈阳、沈阳西等4个收费站安装了56盏微波离子灯，替换原有高压钠灯；2009年，在19个服务区更新使用了327盏微波离子灯，通过几年的应用证明，微波离子灯亮度稳定、运行可靠、光色自然、节能效果显著，达到了高速公路照明节能降耗的目的，同时也改善了收费站和服务区的照明条件。
该局在2010年将继续对全省190基高杆灯、68基中杆灯，总功率586.8KW的高压钠灯进行技术改造，全部更换为微波离子灯。另外，从2010年开始，辽宁省高速公路新建项目的高杆灯将全部采用微波离子灯技术，届时，预计每年可累计节电352万度，节约电费300多万元。
二、基本原理
（一）原理
本项目所使用的微波离子灯属于无极放电灯，是利用微波激发硫分子发光的无极放电光源，因而也称为微波硫灯。灯内充入固态硫和惰性氩气，启动时，频率为2450MHz的微波首先激发氩原子放电发光，氩原子放电产生的热量和微波能量引发固态硫蒸发为气态硫，气态硫在微波作用下放电发光，在几十秒内光源由惰性氩原子发光过渡到稳定的硫蒸气发光，完成起辉过程。微波离子灯具一般由微波源、波导、谐振腔和石英球泡等几部分组成，其中微波源一般由变频高压电源和磁控管构成。
（二）特点
与其它传统照明光源相比，微波离子灯（硫灯）具有如下特点：
1、光效高、光衰小，节能效果更明显
微波离子灯（硫灯）发光效率很高，可以达到120lm/W。在相同照明效果的前提下，消耗电功率大幅度降低。
2、无汞污染、无紫外辐射，绿色环保效果更好
微波离子灯（硫灯）是以硫和氩气为工作介质，从根本上克服了液体汞和汞蒸气对环境的严重污染，避免了实际使用中可能造成的汞危害；微波离子灯（硫灯）内部气压高，使得紫外辐射在等离子体内部被强烈吸收，输出光谱中不含杂乱的紫外辐射；另外微波驱动源的频率为2450MHz，灯光没有传统光源50Hz的闪烁感，可以防止眼疲劳。
3、光谱输出连续、显色指数高，光舒适性更好
微波离子灯（硫灯）所发出的光为分子能级跃迁所产生，从本质上讲，属热辐射型光源，其显色指数Ra可以维持在90以上的水平，明显优于传统光源；其色温在6000K附近；发光谱线如图2所示，分布连续均匀，接近太阳光光谱，人的视觉感觉非常舒适，和在白天的感觉几乎一样。
图2 不同类型照明灯的光谱图
4、内部无电极，使用寿命更长
由于微波离子灯（硫灯）内部不存在金属电极和灯丝，也不需要电子发射材料，因而它具有超长的寿命，可以达到6万小时，是传统光源的20倍，从而延长了照明光源的使用周期，节约了相应的维修更新费用和时间，同时也从根本上提高了照明灯具的可靠性，满足高速公路照明工程的需求。
5、综合效能
在光效方面，微波离子灯光效最高，达到120lm/W，只有高压钠灯和它接近；在显色指数方面，热辐射光源的显色指数最高，微波离子灯的显色指数其次；在平均寿命方面，大功率白光LED和微波离子灯的指标比较接近，都在20000小时以上。从以上指标考虑，再综合价格、维护成本、运行费用等因素，选用微波离子灯（硫灯）做本项目的灯具更具优势。
三、实施方案
（一）参数核算
项目实施前需结合收费员夜间工作环境、收费站场区和服务区车辆通行条件对照明的要求，选用能够有效降低照明成本的微波离子灯具，并进行参数核算。
1、满足服务区广场照明亮度15～20 lx的要求下，原来每基25m高杆灯需使用18盏400W高压钠灯，现在只需6盏900W微波离子灯。
2、满足收费站广场照明亮度20～30 lx的要求下，原来每基20m高杆灯需使用16盏400W高压钠灯，现在只需4盏900W微波离子灯。
3、满足收费车道亮度50～150 lx的要求下，原来收费站雨棚照明（安装高度8米）需使用6盏250W高压钠灯，现在只需1盏900W微波离子灯。
（二）图纸设计
根据核算结果，并勘察安装现场情况，进行方案与图纸设计，包括照明系统构成方案设计、灯具安装图设计、照明系统供配电方案设计，以及项目预算等。
（三）产品选择
产品必须持有交通行业或国家相关检测认证部门出具的检测认证合格报告，并具备较高的安全性、可靠性和稳定性，以满足高速公路收费广场、收费站天棚、服务区等不同区域的照明要求。
产品应具有良好的可安装性和可维护性，尽可能减少安装改造工程量，能够与现有高杆灯灯盘和收费站雨棚牢固联接。
鉴于国内目前900W的微波离子灯具性价比较高，以此为例，所选择产品的性能指标应满足以下要求：
?额定电压：220V±10%；
?额定功率：900W；
?额定频率：50Hz；
?功率因数：≥ 0.9；
?光源效率：≥ 120lm/W；
?光通量维持率：≥ 80%；
?一般显色指数：Ra≥ 90；
?相关色温：6500K～7000K；
?平均寿命：≥ 20000h；
?工作环境温度：-30℃～55℃；
?防护等级：IP55；
（四）施工安装
项目施工安装过程需要注意以下事项：
1、安装20m和25m高杆灯时，应满足高杆灯安装作业施工安全要求。
2、尽量利用原有供电电缆和断路器设备，减少供电线路改造工程量。
3、依据相关规范，做好照明系统的防雷、接地保护措施。
（五）测试验收
项目实施安装后，应根据《公路工程质量检验评定标准 第二册机电工程》（JTG F80/2）进行测试；测试内容应包括亮度、照度、功率、接地、防雷等；测试结果不能低于设计要求。
验收材料应满足交通运输部有关规定，方便后续运营维护管理。
四、保障措施
（一）注重能耗管理工作
在工作中始终坚持节能优先，鼓励技术创新，加强用能管理。局、处两级共同努力，为项目提供了有利的实施条件和充足的经费保障，并积极规划后期推广应用工作。
（二）关注节能设备和技术的应用
先进的节能技术和设备是节能减排工作的关键环节，项目实施单位紧密跟踪公路节能技术的发展，密切关注新型节能设备的应用，勇于实践与创新，积极寻找节能新技术和新设备与高速公路节能减排工作的结合点。
（三）先试点后推广
项目实施过程中，坚持先试点后推广的原则，从小规模的试验性应用到规模化的推广使用历经3年时间，过程中不断积累经验，在此基础上形成了较为完善的参数核算、方案设计、产品选择、施工安装和测试验收方案，确保了项目的顺利实施。
五、项目成效
2006年至今，该项目在2处收费站广场高杆照明、4处收费站收费天棚照明和19处服务区高杆照明实施了节能改造，使用399盏功率900W微波离子灯替换1576盏功率400W和334盏功率250W高压钠灯，使用至今产生的直接经济效益和社会效益显著。
（一）经济效益
1、改造/建设费用
该项目使用微波离子灯替换高压钠灯的费用降低约66.11万元，详见表2。
表 2 改造/建设费用比较分析表
2、节约电费
该项目实施后，年节约用电量155万度，每年节约电费约120万元，详见表3。
表 3 年耗电量节约分析表
按照每度电0.80元计算，每年节约电费约120万元。
（二）社会效益
项目实施后，每年节约电能1554024kWh，相当于减少标准煤518吨，减少排放二氧化碳1357吨、二氧化硫4403kg、氮氧化物3833kg。
推广建议
1、目前微波离子灯的制造成本较高，能够批量生产的产品功率较大，宜适用于净空8米以上安装的大功率、宽区域照明，不仅用于公路交通管理，港口、机场和其他照明工程中也具有广阔的应用前景。建议进一步完善微波离子灯的产品系列，扩大产品的应用范围。
2、工程实施过程中应健全文档资料，注意积累试验数据和总结实践经验；为制定产品标准和工程规范提供试验依据。
3、在大规模应用前，应选择具备相关资质的检测机构对产品进行全面检测，确保产品质量符合要求。
4、建议尽快制订微波离子灯的相关标准，规范产品市场，提高产品质量，为全面推广提供依据和技术支持。
