Применение нанотехнологий для энергосбережения в наружном освещении и ЖКХ Москвы

Г. Р. Титова, доцент кафедры «Электроснабжение промышленных предприятий» ГОУ ВПО «Московский энергетический институт» (технический университет)

В настоящее время годовое электропотребление освещения столицы составляет 287 млн кВт•ч, а к 2009 году достигнет, учитывая настоящие темпы развития, 300 млн кВт•ч. Применение нанотехнологий в наружном освещении Москвы позволит значительно экономить, например, только за счет замены светильников РКУ с лампами ДРЛ-250 (ДНАТ-250) на светодиодные светильники LZ-70 мощностью 70 В. На одной светоточке экономится 1 813 руб. в год и дополнительно 11 250 руб. одноразово за технологическое присоединение, что сопоставимо со стоимостью светильников (таблица).

Предполагаемый экономический эффект от внедрения нанотехнологий в освещение Москвы может составить 544 млн руб. в год. И наиболее заинтересованной организацией в применении нанотехнологий должно стать ГУП «Моссвет» – одно из крупнейших специализированных сетевых предприятий в России и СНГ по эксплуатации установок наружного освещения, технического обслуживания, установок наружного освещения улиц, дорог, проездов, бульваров, дворовых территорий, транспортных тоннелей, мостовых пешеходных переходов, а также освещения архитектурных ансамблей Московского Кремля, храма Христа Спасителя, собора Василия Блаженного и др. Предприятие обеспечивает работу более 300 тыс. светильников, 17 тыс. км электрических сетей 0,4 кВ, 240 км высоковольтных кабельных сетей, 137 трансформаторных подстанций.

Комплексный результат внедрения энергосберегающих светильников на основе LED-технологий в наружное освещение, освещение придомовых территорий, лестничных клеток и коридоров общественных зданий позволит получить экономию 53 МВт установленной мощности, или 4 426 500 000 руб.

Неоспоримые преимущества LED-технологий позволяют заявить о масштабных переменах на светотехническом рынке изделий и технологий:

• срок службы – до 70 тыс. ч, что эквивалентно 25 годам работы в режиме реального городского освещения. Это обусловлено отсутствием нити накала благодаря нетепловой природе излучения света. Например, галогеновую лампу за этот срок придется заменить примерно 100 раз, а металлогалогеновую – 30 раз;
• высокая экономичность энергопотребления;
• снижение энергопотребления до 50 % в сравнении со светильниками на основе традиционных ламп;
• экологическая безопасность и отсутствие необходимости утилизации;
• антивандальность вследствие отсутствия стек-лянной колбы и нити накала (или горелки), высокая механическая прочность, виброустойчивость и надежность;
• контрастность света светодиодов в 400 раз превышает контрастность газоразрядных ламп, тем самым обеспечивая значительно лучшую четкость освещаемых объектов и цветопередачу (индекс цветопередачи 80–85) при, казалось бы, меньшей видимой яркости;
• показатель использования светового потока равен 100 %, тогда как у стандартных уличных светильников – 60–75 %;
• мощные светодиоды представляют собой идеальные точечные источники света с встроенной корректирующей оптикой, что обеспечивает идеальное формирование заданных диаграмм направленности светового потока (задача практически невыполнимая для других источников);
• отсутствие вредного эффекта низкочастотных пульсаций (стробоскопического эффекта), свойственного люминесцентным и газоразрядным источникам света;
• люминесцентные и газоразрядные источники света мерцают с различной частотой, что негативно влияет на нервную систему человека, повышая возбудимость и утомляемость;
• световой поток светодиодов постоянен, как и естественный свет солнца, что обеспечивает психологический комфорт;
• полное отсутствие опасности перегрузки электросетей в момент включения;
• потребляемый ток светодиодного светильника равен 0,6–1,0 А, тогда как у светильника с газоразрядной лампой потребляемый ток 2,1 А, а пусковой 4,5 А.
• светодиодные светильники (в отличие от светильников с газоразрядной лампой) обладают возможностью регулировки яркости (диммирование) за счет снижения питающего напряжения. СНиП 23-05–95 (п. 7.44) для экономии электро-энергии допускает в ночное время снижение уровня освещенности на 30–50 %. Применение светодиодных светильников позволяет выполнять данные рекомендации путем снижения питающего напряжения. При этом не изменяется спектральный состав излучения и цветопередача;
• дополнительным немаловажным преимуществом является мгновенное зажигание при подаче питающего напряжения и независимость работоспособности от низких температур окружающего воздуха;
• широко используемые в настоящее время для уличного освещения светильники с лампами ДРЛ и ДНаТ неудовлетворительно запускаются при низких температурах;
• при монтаже светодиодных светильников требуется кабель меньшего сечения, что является существенной статьей экономии.

Однако все перечисленные преимущества могут быть перечеркнуты, если вовремя не задаться решением вопросов электромагнитной совместимости и качества напряжения в сети.

Один из примеров – нарушение работы сотовой связи WAP-технологий при включении в сеть светодиодных экранов или соизмеримых по потреблению со зданием рекламных щитов.

Требует тщательной проработки вопрос поведения выпрямительных установок в условиях температурного перепада от -45 до 55 °С. Еще одним очень важным концептуальным вопросом является вопрос, на каком токе – переменном или постоянном, – каком напряжении – 12, 24, 36 В или традиционном 220 В – осуществлять энергоснабжение светоточек.

Сравнительные анализы и технические характеристики, полученные на кафедре ЭПП МЭИ при решении этих сложных научно-прикладных задач, позволяют сделать вывод о целесообразности дальнейшего совершенствования и удешевления LED-технологии для осветительных сетей городов и ЖКХ.