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洛杉矶市LED路灯案例研究(一)

洛杉矶市启动一项大型公共工程项目,将城市路灯更换为LED路灯进行节能改造,目前已经进展两年时间,借此机会进行进度评估。
迄今为止,该项目仍是全球最大的LED路灯改造项目,目前的实施比时间表提前,节能效果超出原始预计,绝大程度上归功于LED技术能源效率的不断提高。该项目的合作方包括洛杉矶市路灯局、洛杉矶市长办公室、水务电力部门以及克林顿气候倡议(CCI)城市计划,而这项计划已经与C40城市气候领导组(C40)结成完全合作伙伴。
 LED路灯改造项目-实施前LED路灯改造项目-实施后
LED路灯改造项目前后比较
高压钠灯照明(左)和LED路灯照明(右)
 
改造项目的目标针对该市20.9万盏路灯中的14万盏,旨在改善城市道路照明的质量、降低光污染、改善城市安全,同时节省能源和开支。该市为此项目预算5700万美金,计划在五年内完成。待全部实施后,该项目预计可为该市带来大约1000万美元的能源和维护成本节约,同时每年减少至少4.05万吨CO2排放量。
 
截至2011年7月,该市已经完成51035盏LED路灯的安装,实现59%的节能效果,每年减少CO2排放12560吨。来自社区的反馈(包括居民、政客及执法部门官员)都非常正面。这些最新数据增强了该项目的商业案例,为全球其他城市开展类似项目提供路线图。
 
摘要表:原始项目概况

更换路灯数量
140,000
技术
将旧的HPS蛇头灯具更换为最新LED蛇头灯具,实施远程监控系统
逐步实时周期
五年
预计项目总成本
5700万美元
预计回报期
7
能源及维护成本节省(总计)
1000万美元/年
用电量节省
6864万度/
减少CO2排放量
4.05万吨/
融资
7年4000万美元贷款,利率5.25%,通过能源及维护成本节省额偿还,由城市公共设施(LADWP)及城市基金提供贷款,路灯局从路灯维护评估基金中直接注入350万美元,LADWP将按照项目减少的用电度数提供折扣,总计1639万美元

 
项目更新
截至2011年7月,路灯局已经使用城市工人在全市居民街道安装了51035盏LED路灯。项目第一阶段的效果表明,能源和维护成本节省更高、安装速度比预期要快、居民反映非常积极。此外根据制造商所提供的信息,该项目为路灯局创造了11个新工作岗位,为LED路灯产品制造商创造了大约300个工作岗位。
 
项目实施第二年,截至2011年7月的项目安装数据

总安装数量
51035
能源成本节省
190万美元/年
用电量节省
2124.1万度/
减少CO2排放量
1.256万吨/

项目刚开始两年内完成51035盏LED灯的安装,已经为改造后的路灯带来59%的节能效果,年节电量为2124.1万度,年节约开支180万美元。这些数据高于最初预期,很大程度上源自在项目实施期间LED灯具效能的不断提高。更多的能源节约加上美国市场LED灯具价格的不断下降,以及城市能够将拆下的路灯设备拍卖(而不是简单地进行回收),这些因素意味着在项目竣工后,回报期将会显著短于最初所预计的七年时间。
LED路灯的安装进度也超过预期,部分原因是安装人员能够积累LED灯具方面的经验并熟悉这项技术,从而改善安装流程。
 
两年期目标值与实际效果比较

 
前两年计划目标
实际完成(截至2011年7月)
安装总数量
50,000
51,035
节能效果
40%
59%
人员绩效
20盏/天/人
30盏/天/人
拆除设备
旧设备回收
进行拍卖以增加收益

 
改造项目关注的重点是城市居民区道路上最常用的蛇头灯具。LED灯具主要替换高压钠蒸汽蛇头灯,但项目中也会更换金属卤灯、汞蒸气灯和白炽灯。高压钠灯是全球应用最广的室外照明技术,62%的室外照明为高压或低压钠蒸气灯。另一个原因在于,目前的LED技术而蛇头灯非常兼容,装饰性竖向型LED技术还未达到规格实施的阶段。LED灯具达到或超过当前的照明亮度,符合相关的照明标准,提供4300K的色温。项目中所用的全部LED灯具均为全关断暗天空点亮型灯具。这种全关断灯具降低城市的光污染和天空照亮(人工照明对夜空不必要的照明)。
路灯局收到城市居民对项目初期的积极反馈。居民还报告光谱LED光源改善了可见度。
 
项目背景
洛杉矶市拥有美国第二大市政路灯系统,共有超过20.9万盏路灯和400多种灯具类型,包括街道上应用最广的蛇头灯。这些路灯每年消耗大约1.97亿度电。整个系统由1925年成立的路灯局负责运营和维护,雇佣人数达250人。
 
财政因素
路灯局面对日益紧缩的预算,寻找降低运营成本并同时保持服务质量的途径,这个改造项目在实现目标中起到重要作用。路灯局向市政电力公司(洛杉矶水务电力部)按灯具支付可变费率,按照现场测试确定的真实灯具用电量来计算费率。2009年以前,路灯局每年电费大约1500万美元,占其5200万美元运营预算的近29%。路灯局本身向整个系统提供维护服务。资金主要来自路灯维护评估基金(SLMAF),由城市居民对洛杉矶路灯系统的运营和维护进行年度评估。SLMAF每年为路灯局运营拨款4200万美元。1996年,218提案的通过冻结了SLMAF收入,通胀上升以及运营成本为路灯局带来预期赤字,促使其设法降低运营成本。
 
技术选项
CCI/C40帮助路灯局为其路灯改造项目同时考虑LED和感应技术。两项技术都有潜力满足该市对长寿命白光产品改善显色性能、以及相对于目前广泛使用的高压钠灯来说降低维护成本的要求。通过新技术专家组,路灯局已经积累了实验性LED及感应技术的丰富经验,CCI/C40帮助该市对两项技术性能的经济效果进行建模和理解。
 
LED照明
LED是通电后能够产生某个特定波长光的半导体光源。在灯具中多个LED彼此相连为具体应用产生所需的亮度。LED最初用于指示灯,这也是NASA于1962年开发首款LED的初衷。90年代末,彩色应用(如交通信号)开始市场渗透,现在美国的交通及步行信号灯市场大约占52%的份额。近来年来,LED开始进入路灯市场,分别在密西根州的Ann Arbor(2007年安装了1000盏LED灯)和阿拉斯加州的Anchorage(2008年安装了4000盏LED灯,计划共安装16000盏)得到应用。白光LED(绝大部分为你蓝光LED加荧光粉涂层实现)的光效(流明/瓦)快速提高,加快了市场渗透的步伐。灯具设计的创新,尤其是光学效率和热管理,以及灯具保修的改善,都对市场增长起到推动作用。然而,LED灯具市场仍很不完整,不同厂商的灯具质量可能相差千里。即便如此,目前很多LED灯具号称达到5万小时寿命,即按每晚12小时工作还能达到11.5年。此外,与其他路灯技术不同,LED灯具不含汞。
 
感应照明
感应照明是一种无极光源,是玻璃管内包含的气体通过电磁感应的激励而发光。由于不用电极(这是气体放电光源的主要失效点),这种白光光源理论上可以持续10万小时而无需更换。高压钠灯、汞蒸气灯、金属卤灯和白炽灯技术均属于气体放电光源。
 
远程监控系统
作为改造项目的一部分,路灯局部署了远程监控系统,收集并集中报告每盏路灯的实时性能数据,数据发往路灯局内部的GIS系统。设备失效得到跟踪、记录并与路灯局的维护工单同步。作为灯具性能数据的一部分,该监控系统将返回每盏灯具的实际用电度数,为实际耗电量形成高清晰视图,确认项目的节能效果。
 
项目开发
在调查改造项目的潜力时,路灯局开展以下方面的工作:
确认LED和感应技术的效能
量化项目的潜在成本和节省
评估替代融资机制,因其资产负债表已经不堪负重,故重点关注能源和维护节省
与其他城市部门协调来组织项目,即洛杉矶水务电力部和洛杉矶市长办公室
审查改造项目经济效益的内部预测
继续推广内部监控系统以测量和确认灯具能耗和性能
 
路灯局在分析改造项目的潜力时申请CCI/C40的协助,该组织于2008年3月开始这个项目的合作。

 



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大功率LED灯

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