（交通运输规划与管理专业论文）公路隧道能源管理研究.pdf

摘要 随着我国公路隧道的高速发展，公路隧道的节能已成为低碳经济时代、新交 通时代交通行业普遍关注的问题。公路隧道节能工作是一个系统性、综合性很强 的工作。单纯的依靠节能技术，并不能最终解决能源供需矛盾等问题。应用系统 的管理方法降低能源消耗、提高能源利用效率，推动节能行为，进行公路能源管 理建设成为公路隧道系统节能的关键。论文正是在这个大环境下进行公路隧道能 源管理研究。 论文对能源和公路隧道能耗进行分类，找出隧道节能的影响因素；在参考相 关行业能源管理经验的基础上，结合公路隧道的特点，提出了公路隧道能源管理 的概念；通过分析公路隧道能源管理的目标、对象、内容、管理机构的设置以及 适用条件和管理模式，首次提出了公路隧道能源管理的框架结构型式。并在该框 架内进行了具体的技术研究：通过分析合同能源管理的内涵、投资流程和常用 运作模式的特点，给出了目前公路隧道合同能源管理运作模式选择的建议，提出 了公路隧道合同能源管理基础价格节约模式( b c s s 模式) ；通过分析公路隧道节 能潜力诊断的目的和意义，给出了公路隧道机电系统的节能潜力诊断流程，提出 了基于系统图一电能平衡法的隧道节能潜力诊断模型；分析了公路隧道节能项目 投资估算和项目节能量估算，找出节能量估算的影响因素。通过分析各种常用的 经济投资决策方法的优缺点和不确定性，提出公路隧道节能项目经济决策模型。 在明确评价公路隧道节能绩效评价的目的、意义、依据和流程的基础上，首次 建立公路隧道节能绩效评价指标体系和提出基于熵权云物元的公路隧道节能绩效 多级综合评价模型。 最后，论文以乌龙山隧道为例，进行实例分析和计算。通过实例的运用，验 证了本文方法的可行性和合理性。其中重点对公路隧道节能绩效评价模型进行实 例计算，验证了本文评价模型的科学性和有效性。 关键字：公路隧道；能源管理；合同能源管理；节能绩效；云物元； ab s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fc h i n a sh i g h w a y t u n n e l s ，e n e r g y s a v i n go fh i g h w a y t u n n e l si nt h ee r ao fl o w - c a r b o ne c o n o m ya n dn e wt r a n s p o r t a t i o nh a sb e c o m ea c o m m o nc o n c e r ni s s u eo ft r a n s p o r t a t i o ni n d u s t r y t u n n e le n e r g y s a v i n gi sas y s t e m a t i c a n dh i g h l yi n t e g r a t e dw o r k i fj u s tr e l yo ne n e r g y - s a ：v i n gt e c h n o l o g i e ss i m p l y , w ec a l l n o tu l t i m a t e l ys o l v et h ep r o b l e mo fc o n t r a d i c t i o nb e t w e e ne n e r g ys u p p l ya n dd e m a n d t h ek e yt oe n e r g y - s a v i n gi nh i g h w a yt u n n e l s y s t e mi sm a k i n gu s eo fs y s t e m m a n a g e m e n tm e t h o d st or e d u c ee n e r g yc o n s u m p t i o n , i m p r o v e e 理；) re f f i c i e n c y , p r o m o t ee n e r g yc o n s e r v a t i o nb e h a v i o ra n dc o n s t r u c t i o no fr o a d se n e r g ym a n a g e m e m a n dt h i sp a p e ri sas t u d yt ot h ea b o v e - m e n t i o n e db a c k 黟o u n d t h ep a p e rf i n d st h ei n f l u e n c ef a c t o r so fe n e r g y s a v i n go nt h eb a s i so ft h e c l a s s i f i c a t i o no fe n e r g ya n dt u n n e le n e r g yc o n s u m p t i o n b a s e do nt h er e l e v a n ti n d u s t r y e x p e r i e n c e ，c o m b i n i n gt h ec h a r a c t e r i s t i c so fh i g h w a yt u n n e l s ，p r o p o s e st h ec o n c e p to f t u n n e le n e r g ym a n a g e m e n ta n dd i v i d e si ti n t ot h r e es t a g e s t h r o u g ht h ea n a l y s i so f h i g h w a yt u n n e le n e r g ym a n a g e m e n t sg o a l s , o b j e c t s ，c o n t e n t sa n de s t a b l i s h m e n t so f m a n a g e m e n td e p a r t m e n t s ，a sw e l la sa p p l i c a b l ec o n d i t i o n sa n dt h em a n a g e m e n tp a t t e r n , b u i l d st h eh i g h w a yt u n n e le n e r g ym a n a g e m e n tf r a m et y p ef o rt h ef i r s tt i m e w i t h i nt h e f 瑚d m e w o r k , t h ec o n c r e t er e s e a r c hi sc o n d u c t e d b ya n a l y z i n gt h ee s s e n c e ，i n v e s t m e n t p r o c e s sa n df i n a n c i n gf e a t u r e so fe p ci nt h em a n a g e m e n to fe n e r g y - s a v i n gp r o j e c t , g i v e st h es u g g e s t i o no fh o wt oc h o o s eo p e r a t i o nm a n n e r so fe p ca tp r e s e n t i tp o i n t s o u tt h em a i no b s t a c l e sa n de x i s t i n gr i s k so fe p ci n t h e o p e r a t i o no ft u n n e l e n e r g y - s a v i n gp r o j e c ta n da d v a n c e ss o m ec o r r e s p o n d i n gc o u n t e r m e a s u r e s ，a tt h es a m e t i m ep u t sf o r w a r dt h eb c s sm o d e l ( 窑) a c c o r d i n gt ot h ep u r p o s ea n ds i g n i f i c a n c eo f e n e r g y - s a v i n gp o t e n t i a ld i a g n o s i si nt h eh i g h w a yt u n n e l s ，t h ef l o wo fe n e r g y - s a v i n g p o t e n t i a ld i a g n o s i s i nh i g h w a yt u n n e le l e c t r o m e c h a n i c a ls y s t e ma r ei n t r o d u c e d q u a n t i t a t i v ee n e r g yb a l a n c ec h a r t , q u a l i t a t i v ef i s hb o n ec h a r ta n ds y s t e ma r c h i t e c t u r e d i a g r a ma r ea n a l y z e d , t h ep a p e ra d v i s e st oa d o p tt h ee l e c t r i ce n e r g yb a l a n c em e t h o d w h i c hc o m b i n eq u a n t i t a t i v ea n a l y s i s 、析mq u a l i t a t i v ea n a l y s i st oi m p r o v et h ee f f i c i e n c y o fe n e r g y - s a v i n gp o t e n t i a ld i a g n o s i s t h ep a p e ra n a l y s i st h ee s t i m a t i o no fp r o j e c t i n v e s t m e n ta n de n e r g ys a v e sa n dt h e nf i n do u tt h ef a c t o r sa f f e c t i n gt h ee s t i m a t i o no f e n e r g ys a v i n gq u a n t i t y b ya n a l y z i n gt h ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e sa n du n c e r t a i n t y o fav a r i e t yo fc o m m o n l yu s e dm e t h o d so fe c o n o m i ci n v e s t m e n td e c i s i o n - m a k i n g ，t h e m o d e lo fd e c i s i o n - m a k i n gi nm g l l w a yt u n n e le n e r g y s a v i n gp r o j e c ti sp u tf o r w a r d b a s e do nm a k i n gc l e a rt h ep u r p o s e ，m e a n i n g ，b a s i sa n dp r o c e s so fh i g h w a yt u n n e l e n e r g y s a v i n gp e r f o r m a n c ee v a l u a t i o n , e v a l u a t i o n i n d e xi s a n a l y z e d a n dt h e n e s t a b l i s h e st h ee v a l u a t i o ni n t e xs y s t e mo fh i g h w a yt u n n e le n e r g y - s a v i n gp e r f o r m a n c e a n di n t r o d u c e st h em o d e lo fh i g h w a yt u n n e le n e r g y - s a v i n gp e r f o r m a n c ee v a l u a t i o n b a s e do ne n t r o p yw e i g h tc l o u dm a t t e re l e m e n tf o r t h ef i r s tt i m e f i n a l l y , t h ep a p e rt a k e sw u l o n g s h a n gt u n n e la sa ne x a m p l et oa n a l y s i sa n d c a l c u l a t i o n b a s e do nt h ep r a c t i c a le x a m p l e ，t h em e t h o d so ft h i sp a p e ra r ep r o v e dt ob e f e a s i b i l i t ya n dr a t i o n a l i t y a n dt h ek e yi st h ec a l c u l a t i o no fe n e r g y - s a v i n gp e r f ；o r m a n c c e v a l u a t i o nm o d e l ；t h er e s u l tp r o v e st h a tt h em o d e l i ss c i e n t i f i ca n d v a l i d i t y k e yw o r d s ：h i g h w a yt u n n e l ；e n e r g ym a n a g e m e n t ；e p c ；e n e r g y s a v i n g p e r f o r m a n c e ；c l o u dr o a r e re l e m e n t 重庆交通大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作 所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已 经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中 以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 一躲矽翻受 日期：矽d 年月， e l 重庆交通大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授 权重庆交通大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究 所将本人学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并进行信息服务( 包括但不 限于汇编、复制、发行、信息网络传播等) ，同时本人保留在其他媒体发表论文的权 利。 学位论文作者签名： 力争1 专 日期：歹刃d 年纱月，夕日 ， 张秀鸯豇 日期：j d 年6 月2 明 本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社c n k i 系列数据 库中全文发布，并按中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程规定享受相关权 黼i t 薪) 驽日期：沙年6 胄修日 女 烈日加胁 孙易 签事糙脾 作纠 史歹 u 9_ 墓i 眺幺i靴日 。 益 第一章绪论 1 1 课题来源 第一章绪论 论文选题内容属于交通部西部交通建设科技项目研究内容之一，来源于重庆 交通科研设计院承担的科研项目：沪蓉西高速公路隧道( 群) 运营安全与节能技 术研究。 1 2 研究背景 1 2 1公路隧道建设迅猛发展的时代背景 我国公路建设发展快速，公路隧道建设也取得了显著成绩。截止2 0 0 8 年底， 全国公路隧道为5 4 2 6 处、3 1 8 6 4 万延米，比上年末增加7 5 3 处、6 3 0 9 万延米。 其中特长隧道1 2 0 处、5 2 5 7 万延米，长隧道7 4 3 处、1 2 2 6 2 万延米。我国已成 为世界上隧道最多、最复杂、发展最快的国家。隧道工程的建设数据表明，我国 公路隧道建设已经进入了快速发展的新时期。 1 2 2 国家对交通节能的高度重视 中国现在是世界第二大能源消费国，在不久的将来将会成为世界第一大能源 消费国。党的十六届五中全会通过的制定第十一个五年规划的建议，向全党、 全国提出了明确要求，要把节约资源作为基本国策，发展循环经济，保护生态环 境，加快建设资源节约型、环境友好型社会，促进经济发展与人口、资源、环境 相协调。未来五年的发展目标，将显著提高资源利用效率，“单位国内生产总值 能源消耗比十五期末降低2 0 左右 。这是中国首次明确提出提高资源生产 率和减少污染排放强度目标。节能目标作为“十一五规划经济社会发展两个主 要目标之一，并将其作为建设资源节约型社会的核心目标，说明党中央对节能工 作的高度重视。2 0 0 4 年国家发改委发布节能中长期专项规划，其中提出了宏观 节能指标：2 0 0 3 - 2 0 1 0 年，年均节能率为2 2 。提出2 0 1 0 年每万元g d p 能耗比 2 0 0 3 年下降1 8 ，主要产品单位能耗指标总体达到或接近2 0 世纪9 0 年代初期国 际先进水平。 交通行业是国民经济和社会发展基础性、先导性行业，同时也是重点终端用 能行业，尤其是石油和电力消耗大户，所以必须加快建设节能型交通行业，促进 交通又好又快发展。为此，交通部适时发布了建设节约型交通指导意见等政 策文件。交通部在2 0 0 6 年建设创新型交通行业工作会议和2 0 0 7 年全国交通工作 2 第一章绪论 会议上明确提出“走资源节约型、环境友好型交通发展之路”，并将节能减排作为 调整交通产业结构、转变交通发展方式的重点。 1 2 3 公路隧道能源管理的必要性 落实国家中长期科学及技术发展规划纲要和相应国家节能政策的需要 根据国务院发布的国家中长期科学和技术发展规划纲要( 2 0 0 6 - - 2 0 2 0 ) ， 交通运输业将优先发展六大专题，包括交通运输基础设施建设与养护技术及设备、 高速轨道交通系统，低能耗与新能源汽车，高效运输技术与装备，智能交通管理 系统，交通运输安全与应急保障。交通安全与节能都是交通运输业将优先发展的 主题之一。2 0 0 3 年我国的能耗将近是日本的1 0 倍。温家宝总理在作政府工作报告 时提出，今年单位国内生产总值( g d p ) 能耗要降低4 左右，这是能耗指标首次 与经济增长、物价、就业和国际收支并列成为我国的宏观调控目标。同时，“十 一五 规划纲要草案也提出到2 0 1 0 年单位g d p 能耗降低2 0 的指标。 提高交通行业能源利用效率的需要 交通发展要在不断解决基础设施总量和有效供给能力不足等突出矛盾的同 时，积极应对能源短缺、环境恶化所带来的重大挑战，必须实现能源利用效率的 显著提升。当前我国交通行业能源利用效率与世界先进水平相比明显偏低，其中 载货汽车百吨公里油耗比国外先进水平高3 0 左右，内河运输船舶油耗比国外先进 水平高2 0 以上。因此，必须加快发展现代交通业，转变交通发展方式，不断提高 能源利用效率，以最小的资源消耗和环境代价提供更多更好的运输服务。 降低公路隧道的营运成本的需要 我国公路隧道较多，公路隧道用电费用相当惊人。隧道通风与照明费用已成 为公路隧道管理部门的一笔沉重负担。理论计算表明，通风中所需的电力消耗与 通风量大约呈3 次方的关系，通风耗电在隧道的日常运营开支中一般约占7 0 8 0 ， 而照明除了晚上和阴天用电较少外，其余时间基本上都是满负荷运转，不但造成 大量的电能浪费，还增加了设备的损耗。不解决节能的问题，在运营的前几年， 可能会造成收取的通行费还不够养护管理。 缺乏公路隧道能源管理的相关研究 目前，国内外缺少对公路隧道能源管理的进行相关研究。节能工作是一个系 统性、综合性很强的工作，开发和应用节能技术和装备仅仅是节能工作的一个方 面，单纯的依靠节能技术并不能最终解决能源供需矛盾等问题。应用系统的管理 方法降低能源消耗、提高能源利用效率、推动行为节能，进行能源管理体系建设 成为能源管理的关键。因此，有必要对隧道能源管理进行研究。 对后续研究和实际应用具有重要指导意义和实用价值 第一章绪论 本文将重点针对公路隧道能源管理进行研究。项目的开展与实施，为后续研 究工作奠定良好的基础，而且对成果的推广工作具有重要的指导意义和参考价值。 因此，在公路隧道中引入能源管理，开展公路隧道能源管理研究，全面对公 路隧道的能耗进行诊断，从系统角度进行节能能力挖掘和绩效评价，既响应国家 政策，又有效降低公路的营运成本，具有重要的理论和实际意义。 1 3 研究现状 1 3 1国外的研究现状 能源管理在国外发展较早，主要集中在对合同能源管理和大型耗能企业的能 源管理的研究，对于交通方面的研究和发展较少。但其它领域能源管理的研究可 对隧道能源管理的研究，起到一定的借鉴作用。因此，以下从能源管理发展现状 和公路隧道节能技术研究现状进行说明。 隧道能源管理的发展和研究现状 在国外，合同能源管理( 简称e p c ) 是在上个世纪7 0 年代中期以后逐步发展 起来的。国外很多学者通过调查分析和实证研究，介绍了一些国家的合同能源管 理和e s c o ( 节能服务中心) 的做法和经验。同时也致力于合同能源管理的理论研 究，主要涉及节能服务合同、合同能源管理项目融资及风险等方面。 1 9 9 7 年9 月，c h a r l e sg o l d m a n 等人n 1 通过对项目数据的实证分析，回顾了美 国的e s c o 市场，指出合同能源管理增长缓慢的趋势，并提出了促进e s c o 发展的 政策的作用；同年，m a r t i na d e l a a r 等人乜1 阐述了加拿大的合同能源管理经验。 1 9 9 8 年，e d w a r dv i n e 等人口1 通过案例研究，提出了日本e s c o 行业的机遇和挑战。 1 9 9 9 年，s a mh u i h 3 阐述了用合同能源管理模式改进香港既有建筑的机遇和挑战： 另外，对印度、中国和巴西的能源项目和e s c o 也有叙述隋m 1 。 2 0 0 1 年，h i l a r yd a v i e s 等口1 分析了香港合同能源管理的经验。2 0 0 3 年， m y u n g - k y o o nl e e 等呻m 1 以韩国企业为例，阐述了发展中国家清洁效率融资和e s c o 的推进，并研究了其机制和障碍。2 0 0 5 年，e d w a r dv i n e n 町对除美国之外的3 8 个 国家的e s c o 产业进行调查，总结了影响e s c o 产业发展的主要障碍并提出推进e s c o 全球化的1 0 个建议。2 0 0 6 年，p a o l ob e r t o l d i 等1 1 阐述了欧洲国家的e s c o 提出 了欧洲的政策环境和e s c o 产业的定义、发展、现状，并分析了包括意大利，法国， 西班牙，德国等和其它新接收欧盟成员国的e s c o 发展状况，提出了一系列支持欧 洲e s c o 产业发展的未来战略。 2 0 0 7 年，s t e v es o r r e l l n 2 1 对节能服务合同从经济学角度进行了分析，提出能 源服务合同中生产成本和交易成本的概念，描述了一个能够鉴定生产成本节约的 4 第一章绪论 决定因素以及与建立和监督合同相关的交易成本的决定因素的合同决策的基本框 架，并提出可以通过降低相关交易成本的机构改革来扩大合同能源管理的市场。 在合同能源管理的风险研究方面，2 0 0 3 年，e v a nm i l l s d 3 1 也研究了通过节能 保险进行风险的转移。2 0 0 6 年，e v a nm i l l s 等n 钔阐述了节能项目中金融和执行风 险的分析和管理，通过建筑部门能效金融风险分析的实例，描述了能效风险的来 源，从内在和外在两个纬度介绍了包括经济、概念、技术、运营和测量检验在内 的能效项目风险矩阵，提出变异系数和m o n t e - c a r l o 模拟模型两种风险分析技术 对能效项目进行风险的量化和管理。 公路隧道节能技术研究现状 隧道是公路的主要耗能结构物，而隧道的通风和照明又是隧道的两大主要能 耗系统，为达到行车安全和节能的目的，国外针对通风和照明中的设计、控制和 运营节能进行了较多的研究。取得了较多的成果，并已在实际工程中得到运用。 1 3 2 国内研究现状 隧道能源管理发展和研究现状 中国的合同能源管理( e m c ) n 印通过“世界银行全球环境基金一中国节能促 进项目 引入的。该项目于1 9 9 5 年开始准备，1 9 9 8 年正式批准。项目包括3 个主 要组成部分：e m c 的示范、节能信息传播、项目管理和监管。作为以盈利为目的的 项目核心部分e s c o ，虽然股东是公共实体或国有企业，但是属于独立核算、自主 经营、自负盈亏的企业。e s c o 作为贷款方为节能项目提供融资。3 个示范e s c o 在 示范期可以向欧洲委员会( e c ) 、全球环保基金和世界银行申请节能贷款。e m c 项目 的年平均投资回报率在2 0 以上。 在过去十年里，我国学者引进了合同能源管理的基础知识，并针对我国具体 情况，围绕合同能源管理的内涵、可行性、实施项目等问题进行了研究。对于交 通方面的能源管理，在我国仍然处在探索阶段。通过文献收集表明，目前，国内 只有韩直研究员n 叼对公路隧道运营能源审计进行研究，其对能源审计的目的意义、 能源审计的依据、类型与内容、能源审计的步骤与方法和节能审计报告的编写进 行了相关的阐述。此外，在其它领域的能源管理，我国部分学者也做了一些相关 的研究。 1 ) 在合同能源管理基础研究方面，我国一些学者阐述了合同能源管理的内涵 及国外发展状况，提出了对发展我国合同能源管理和e m c 的建议和措施。 2 0 0 1 年，张震国n 刀提出合同能源管理中金融创新的新举措，研究了银行参与 试行合同能源管理系统的意义。2 0 0 2 年4 月，许泓n 町分析了合同能源管理的内涵 和特点以及在我国的应用前景。2 0 0 3 年5 月，朱霖阐述了北美、欧洲和业洲e m c 第一章绪论 的发展状况n 引，并着重对我国现行相关财税政策下的e m c 业务应纳税种以及不同 税种对e m c 业务发展产生的影响等方面进行分析和探讨。2 0 0 6 年，周剑、夏洪胜 啪1 回顾了捷克、鸟克兰和俄罗斯东欧国家e m c 的经验，探索这些国家中形成多样 化趋势的因素，为中国政策制定者和e m c 产业的推进提出相关建议。 2 ) 在合同能源管理合同及风险研究方面 1 9 9 9 年，戴彦德乜u 阐述了e m c 的经营方式及能源管理合同的二种类型；确保 节能效益型合同，效益共享合同，设备租赁合同；2 0 0 6 年，吴刚比2 3 对合同能源管 理的分享节能收益和保证节能收益两种合同方式进行区别和风险分析，指出合同 能源管理的核心在节能效果，并对节能效果量化m v 标准进行阐述。 3 ) 能源管理应用方面 2 0 0 3 年，土文康、秦惟淳嘲介绍了上海首例合同能源管理项目新业药业 的循环水系统改造项目的技术方案和节能效益，揭示了合同能源管理模式在企业 节能改造中的活力。同年，张震龙口钔通过对电力行业节能现状和节能潜力以及e m c 所采用的合同能源管理模式的分析，阐述了合同能源管理在电力需求侧管理中的 独特作用。 2 0 0 5 年，李先庭等嘶3 针对我国的能源形势，分析了供热空调系统的节能潜力， 以实际空调和供热工程的案例对合同能源管理的效益进行检验，指出合同能源管 理在我国供热和空调行业有广阔的应用前景。 2 0 0 6 年，谢仲华从调研、试点、开始到落实、协调机构、优惠政策等阶段具 体介绍上海市开展合同能源管理的特点和典型案例嘲，指出e m c 参与企业节能项 目实施的有利之处，并以实例说明合同能源管理项目获取经济效益的手段田1 。 公路隧道节能技术研究现状 1 ) 在国家层面的相关研究，对“8 6 3 计划 、“9 7 3 计划 、“自然科学基金、 “西部交通建设科技项目 及国家科技成果进行了相关的检索。以下将对国家家 层面关于节能的部分研究成果进行说明： 十一五”国家高技术研究发展计划( 8 6 3 计划) 现代交通技术领域”节能与新能 源汽车”重大项目课题，主要对车辆方面节能的研究，目前尚没有相关节能成果。 2 0 0 5 年1 2 月，国家9 7 3 计划“高效节能的关键科学问题 项目通过了科技 部组织的专家验收。围绕着高效节能中的关键科学问题，在传递过程强化和控制 ( 单元节能) 以及能量利用系统的集成和优化( 系统节能) 两个方面进行了多层 次的研究，其主要研究成果包括：开展了建筑物复合能量系统集成建模和优化研 究，并应用于太阳能与建筑一体化示范建筑；建立了能量利用系统集成建模的框 架和过程工业能量系统综合优化的新方法和相应软件等。 2 0 0 7 年2 月9 日，国家自然科学基金委员会在西安组织专家，对重大国际( 地区) 6 第一章绪论 合作项目“建筑节能设计的基础科学问题研究 进行了结题验收，由香港城市大 学、中国建筑科学研究院共同组成的项目组围绕“建筑节能设计气象参数的确定 进行了深入研究和分析，取得主要节能成果之一为：初步建立了我国第一个建筑 气候与节能基础数据研究中心。 2 ) 相关行业及单位对隧道节能技术的研究和运用，主要成果如下： a 厦门沧海隧道安装的澳大利亚邦齐公司的d y n a l i t e 控制系统。在照明控制 方面，提出了节能措施。该控制系统将照明系统分为3 个部分：加强照明、基本 照明和应急照明。加强照明采用高压钠灯按照时序和照明补偿的方法，分成白天、 阴天、云天等六级照明。基本照明采用可调光的荧光灯进行照明，实现连续无级 调光，达到安全舒适和节能的目标。国内的监控系统也有这部分功能，只是分级 自动调光。 b 在照明方法的改进方面，主要是采用逆光照明，这种照明在国外使用很多， 如瑞士几乎所有隧道均采用此种照明方式。这种布灯方式可节约灯具3 0 ，节省 电力费3 0 。 c 2 0 0 9 年8 月隧道l e d 照明综合节能技术研究通过评审嗍，该项目是交 通运输部2 0 0 8 年度行业联合攻关科技项目。项目从照明光源方面，提出了节能的 措施。项目依托黄塔桃高速公路和六武高速公路，在保障运行安全的前提下，围 绕隧道照明综合节能技术进行系统研究，特别是对大功率l e d 隧道灯新产品在公 路隧道中的应用进行深入研究，并将编制隧道l e d 照明技术标准。预期的研究成 果将大幅度降低隧道照明能耗和营运成本，促进行业科技进步，应用前景广阔。 d 江西省交通厅信息中心实施的“节能减排示范项目一隧道l e d 节能照明在 江西景鹰高速公路高傍下隧道的应用啪1 ，从照明光源方面，提出了节能的措施。 在景鹰高速公路黄竹山隧道，实施的l e d 节能照明示范工程，为公路隧道照明节 能降耗探索出了一条新途径。试验证明该技术方案比使用传统的高压钠灯可节约 电能3 0 - - - 4 0 5 。 e 2 0 0 9 年1 0 月，由湖南大学与湖南省常吉高速公路建设开发有限公司共同承 担的湖南省交通厅科技计划项目“高速公路隧道通风照明节能控制系统 ，通过验 收【制。主要从通风照明控制方面，提出了节能措施。研究课题对现有通风照明设 备进行科学管理和精细化控制，充分利用现有传感器和传输等媒体采集的环境， 运行状况信息，建立基于神经模糊控制理论的智能隧道通风照明节能控制系统， 通过c f d 软件对智能控制下的隧道全尺寸通风照明情况进行2 4 小时数值仿真模 拟，并基于c f d 模拟结果对智能自动化控制系统进行优化设计。并以常吉公司岩 门界左洞为例，通过常规分挡控制与神经模糊智能控制仿真模拟仿真对比：隧道 通风一天( 2 4 h ) 的耗电量，常规控制耗电能：1 6 5 0 l ( n d ，智能控制一天( 2 4 h ) 的 第一章绪论 7 耗电量：1 4 5 7 k n d ，一天可节能1 9 2 3 k n h d ，节能1 1 7 ，隧道照明系统智能控 制比常规控制节能1 2 。 f 2 0 0 8 年1 月，重庆交通科研设计院承担的“双洞八车道高速公路隧道关键 技术研究 项目研究，通过鉴定验收。该研究主要从光源和灯具安装方式方面， 提出节能的措施。对系统进行了照明光源比选、灯具生产及安装标准、灯具合理 布置以及显色性、色温和照度关系等照明标准问题的研究，提出了l e d 光源的隧 道照明设计、施工和质量验收标准，并编制了公路隧道l e d 照明企业标准。将 l e d 照明节能技术研究成果应用于依托工程，节能超过4 0 。 3 ) 国内的其他专家的相关研究成果 a 韩直( 重庆交通科研设计院，2 0 0 7 ) 在l e d 隧道灯应用方面，主要从照明 灯具方面的节能技术进行了研究。从回顾l e d 隧道灯发展现状为基础，归纳了影 响l e d 隧道照明灯的主要因素，建立了l e d 隧道照明灯的评价指标，提出了l e d 隧道照明灯的评价方法；在隧道照明设计方面，通过c i e 标准与我国公路隧道照 明标准对比，提出隧道照明等效亮度的定义和隧道入口段等效亮度的计算方法， 建议以色温作为隧道照明的舒适性指标，以显色性和照度作为亮度指标，在确定 隧道照明需求时，应考虑显色性的影响；在公路隧道照明光源必选方面，提出从6 个方面用8 个指标对照明光源进行比选，推荐隧道基本段采用l e d 照明，在光通 量达到1 0 0 1 m w 后，使整个隧道照明光源l e d 照明更节能与经济的方案。 b 丛广岩等( 吉林省高速公路管理局，2 0 0 7 ) 介绍了吉林省延图高速公路小 盘岭隧道l e d 节能照明试验研究项目情况，主要从照明灯具方面的节能技术进行 了研究。根据实践证明l e d 照明节能6 0 ，照度满足技术规范要求，并根据目前公 路隧道照明实际运行存在的问题，提出公路隧道照明标准应进一步研究，照度指 标应在满足使用需求、保证安全的前提下尽量降低的建议。 c 孙继洋等( 北京交科公路勘察设计研究院，2 0 0 7 ) 探讨了l e d 灯在5 k m 以 上特长隧道照明设计中的应用，结合山西平榆特长隧道照明设计实践，提出若修 订现有照明标准后l e d 灯有更大节能空间的建议。 4 ) 此外，国内其它专家也做了许多的研究如： f 1 对电磁感应灯和白光l e d 灯等节能光源进行研究，如林燕丹、宋白桦等； b 许多专家对照明设计参数的取值问题进行了探讨，如孙建林等； c 蔡凤田等人，对公路运输能源消耗现状及其节能降耗对策进行了研究。 1 3 3 文献评述 通过国内外相关文献的收集，国内外的能源管理主要涉及的行业有建筑业和 相关高耗能企业。对公路隧道能源管理的研究目前尚属空白。并主要涉及合同能 8 第一章绪论 源管理项目的运作模式、融资和风险等方面的研究；对于隧道节能技术，国内外 主要从隧道供配电、通风和照明三个方面做了大量的研究，但研究缺乏系统性的 节能管理和思想。隧道节能工作是一个系统性、综合性很强的工作。开发和应用 节能技术和装备仅仅是节能工作的一个方面，单纯的依靠节能技术并不能最终解 决能源供需矛盾等问题。应用系统的管理方法降低能源消耗、提高能源利用效率， 推动行为节能，进行能源管理体系建设成为能源管理的关键。 1 3 4 主要存在问题 综合分析国内外的研究现状，对于能源管理研究存在以下几点不足： 缺乏对公路隧道能源管理的研究 目前，能源管理在我国的发展，大多停留在借鉴外国的经验上，缺少深入的 研究，且大多数能源管理的研究，仅限于建筑企业或其它高能耗企业，缺乏对交 通行业的能源管理研究，特别对于公路能源管理的研究则更为匮乏。 缺乏对公路隧道能耗分类的研究 由于缺乏对公路隧道能耗分类的研究，导致不能充分了解隧道能耗结构，不 能从系统的角度最大挖掘隧道节能的潜力。因此，有必要在针对隧道能耗结构的 特点和参考其它行业能耗分类的基础上，对公路隧道能耗进行分类。 缺乏对隧道节能潜力诊断和节能绩效评价技术的研究 目前，与国外相比，我国现有的节能潜力诊断和节能绩效评价技术比较落后， 且较多运用在房屋建筑节能评价中。而隧道节能绩效是对隧道节能成果的体现， 但目前对于公路隧道的节能绩效评价技术的研究尚属空白。因此公路隧道能效评 价是本文的研究重点之一。 缺乏系统性的隧道节能研究 目前，国内外对于隧道节能的研究只限于某个局部，缺乏从系统的角度对隧 道的节能进行研究，没有形成系统性的节能手段和管理方法。 1 4 研究内容及技术路线 1 4 1 研究内容 对于公路隧道，从人、车、路和环境来说，由于驾驶员技术和车辆的节能发 展已经到达一定的水平，国家也在推广，基本不会发生很大的变化，其对于公路 隧道的节能也不会有太大的帮助。对于建成的公路隧道，其道路条件和环境也是 很难改变的。因此，对于公路隧道的节能重点在于运营阶段。而运营阶段隧道主 要耗能为电能。所以，本文重点将对公路隧道运营阶段的电能管理进行研究，并 第一章绪论 9 逐步推广到其它能源的管理和其它阶段管理中。主要研究内容如下： 公路隧道能耗分类和节能影响因素研究 公路隧道能耗分类和节能影响因素是整个隧道能源管理研究的基础，因此， 在进行路隧道能源管理的研究之前必须对其进行重点的分析，以充分掌握隧道能 耗和影响因素的特点。 公路隧道能源管理基础框架研究 在参照相关行业能源管理体系的基础上，根据隧道能源管理的特点，从能源 管理体系的目标、对象、内容和管理机构的设置以及适用条件和管理模式等方面 进行研究。给出适合公路隧道的能源管理框架。从系统的角度，提高能源的利用 率，挖掘隧道的节能潜力。 公路隧道合同能源管理研究 合同能源管理作为种新兴的高效能源管理模式，其能否在公路隧道中实施， 实施的流程，面临的风险和怎么去应对风险，这是本文所要研究的内容。 公路隧道节能潜力诊断研究 节能潜力诊断是这个能源管理的重点之一，只有从系统的角度，采用有效的 诊断技术，准确判断隧道的节能环节，提高管理的针对性和科学性，为系统节能 提供基础。 公路隧道能源管理投资决策技术研究 采用传统的经济评价决策方法，对公路隧道能源管理项目进行投资决策分析， 提高节能项目的决策科学性和合理性。 公路隧道节能绩效评价研究 建立公路隧道节能绩效评价指标体系，运用物元理论和云理论，建立了基于 云物元的公路隧道节能绩效多级综合评价模型，从系统的角度对公路隧道节能绩 效进行综合评价。 1 4 2 技术路线 在对大量资料和依托工程实例调查的基础上，通过借鉴国外先进能源管理经 验结合公路隧道的特点，借助建模与模型验证，建立适合公路隧道能源管理框架 结构，对隧道能耗进行分类，并重点论述合同能源管理在隧道中的运用、隧道节 能潜力诊断技术和节能项目投资决策技术。合理选用评价指标对隧道进行系统性 节能绩效评价。为公路隧道节能管理提供依据。研究采用的基本技术路线如图1 1 所示： 1 0 第一章绪论 资料收集实地调研 ii 山 i 调研资料分析 l j 编制研究大纲 结合研究技术路线 上 f 】砧d 瑚；鑫五耳窟y j 能源管理流程分析 l ：蕉9 函理配研九， 公路隧道能源管理基础框架 + 隧 隧隧 隧隧隧道 道道道道道能 能能能能能源 源源源源源管 管管管管管理 理理理理理框 对目内机模架 象标容构式结 ： 构 j r ， i 节能绩效评价 隧 隧隧 道 t+ 道道 能 a 节 源评 口 管 价 价 同 能 能潜 理 指 源力 投 标 模 管诊 资 体型 系研 理断 决 建究 簧 立 4 上 实例验证 专家意见 、 卜 彳孙思用 1 5 本章小结 图1 1 研究基本技术路线 f i g u r e1 1t h eb a s i ct e c h n i q u e so f r o u t e 本章介绍了论文题目的来源和研究的背景，通过分析国内外公路隧道能源管 第一章绪论 理的研究现状，提出了我国目前公路隧道能源管理研究中存在的问题。确立了本 文的主要研究内容及研究技术路线。 1 2 第二章公路隧道能耗分类及节能影响因素分析 第二章公路隧道能耗分类及节能影响因素 2 1 能源的分类 为了便于了解能源形成特点和相互关系，根据不同的标准，按能源的形成、 能源的加工程度、人们对能源科学技术的掌握程度、能源能否再生、能源本身的 性质和能源对环境的污染情况进行分类。 1 、按能源的形成条件分类 来自太阳的能量。人类所需能量的绝大部分，都是直接或间接来源于太阳 能。各种植物通过光合作用，把太阳能转变成化学能，在植物体内贮存下来，成 为生物质能。煤炭、石油、天然气等是古代埋在地下的动植物，经过漫长的年代 形成的，实质是由古代生物固定下来的太1 日能。风能、波浪能、水力也都是由太 阳能转换得来的。 来自地球内部的热能。地球内部有大量热源。自4 5 亿年以前，地球形成以 来逐步冷却，至今地球的核心部分仍其有5 0 0 0 以上的高温，而且地球内部由于 某些放射性元素在蜕变时，不断放射出大量的热，使地球成为一个大热库。从池 下喷出地面的温泉和火山爆发喷出的岩浆，就是地热存在的表现。 来自太阳、月亮对地球的引力能。如潮汐能。 2 、按能源的加工程度分类 一次能源。在自然界中以天然形式存在的，没有经过加工或转换的能源， 称之为一次能源，又叫天然能源