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LED灯在港口物流设备中的应用

  LED 灯在港口物流设备中的应用 摘要: 在节能减排已成为时代潮流的今天,各行各业都加快了节能新技术的研 究与应用。港口照明用电费已成为运营单位的巨大负担,节约损耗、保障安全 是建设和运营单位迫切需要解决的技术难题。影响港口照明用电量的主要因素 有灯具效率、灯具布局方案、控制方案等。目前港口照明广泛使用的高压灯、 高压汞灯、节能灯等传统灯具光效低,启动慢、能耗大、不利于节能控制,使 用高压汞灯还会带来汞污染等问题,不符合当前我国建设资源节约、环境友好 型的需求,探求新型高效光源是解决问题的关键。随着科学技术的发展,LED 节能技术的出现带来了照明领域的深刻革命,其寿命长、无污染、高亮度等优点 使其在港口物流设备中被广泛应用。 关键词:LED;节能;港口物流;应用 1 目录 1 前言............................................................................................................................ 2 1.1 研究背景删去.................................................................................................. 2 1.2 研究意义.......................................................................................................... 3 2 LED 的照明技术下面的序号都需修改 ................................................................. 4 2.1 LED 的照明技术原理 ..................................................................................... 4 2.2LED 低压直流电源启动 .................................................................................. 5 3 LED 灯在港口的应用 ............................................................................................. 6 3.1 LED 高杆灯替代传统高压钠灯 ..................................................................... 6 3.2 广州港 LED 应用这部分内容再详细具体些,结合 2-3 个港口案例来写, 在论述过程中要有结构、工作原理、功能、特点,结合电路图.................... 7 3.3 寸滩公司 LED 应用 ........................................................................................ 8 3.4 节能及经济效果.............................................................................................. 9 4 课题总结及展望.................................................................................................... 10 4.1 内容总结删去................................................................................................ 10 4.2 展望................................................................................................................ 11 5 参考文献................................................................................................................ 11 1 前言 1.1 研究背景 世界经济的飞速发展推动了社会进步,给人类带来了极大地好处,但也消耗 了大量的化石资源,并由此产生了能源危机和▽•●◆环境问题。为解决这些问题,人们 开始寻求高效节能、 低污染的新型能源。 低碳节能技术得到世界各国的高度重视, 并得到了广泛应▼▲用。 中国绿色照明工程办公室节能调查结果十分惊人,中国能源的用在了照明 2 上,每年用电超过亿度,如果将全部的白识灯和部分劳光灯用照明灯具取代,至 少可节省左右的照明用电, 这意味着可节省用电量亿度,这个用电量相当于世界 最大发电站一一三峡电站一年的发电量。这对于能源供给紧张日益凸显的中国, 无疑具有非常重要的战略意义。不仅节能,而且无热福射、不含重金属,无污染 及废弃物处理问题等众多优点,因此被视为“绿色照明光源”的明日之星。 绵阳市被列入全国“十城万盖”半导体照明应用工程个试点城市之一。在实 ★△◁◁▽▼施过程中,结合照明技术的现状和发展前景,绵阳市从年至年,分期完成示范城 市建设,重点推广市政道路照明工程、市政景观亮化工程、受灾城镇和景区示范 工程, 以及政府办公和市政公共场所照明改造,实现了良好的景观效果和显著的 节能效益。年,中国铁道科学研究院节能环保劳卫研宄所、上海铁路局乔司站与 上海铁路局计统处在上海铁路局的乔司编组站灯桥安装灯新光源, 与既有站场照 明的高压钠灯光源进行照明效睪和节能效果的对比试验。 试验结果表明灯的照明 效果好,可满足站场灯桥照明要求,因为采用功率较小的新型光源,灯较既有站 场的高压钠灯的节能效果明显, 且具有较好的雾天穿透性。年广州新电视塔夜景 照明首次采用了大功率夜景照明技术, 广州新电视塔夜景照明先后通过了广州亚 运会、 春节等重大节假日的重大考验, 实现了节能环保、 低能耗的照明控制要求, 进一步证实了大功率夜景照明系统的稳定可靠性。 福建省政府办公厅曰前转发福 建省信息化局关于《福建省推广应用照明产品的若干措施》的通知,明确力争到 年底前基本实现公共照明领域普遍使用照明产品,每年减少排放万吨,带动全省 产业当年新增产值亿元以上。今年,广深高速公路照明路灯改造项目全面启动, 全线盏传统高压钠灯将全部更换为照明产品, 这也是首个启动的高速公路照明改 造项目,新的照明采用了智能控制系统,用的路灯替换原有的总功率高压钠灯, 在不含智能控制○▲-•■□的情况下,以每天亮灯小时计算,每天节约电量达度,比原有高 压钠灯节能以上,成为推广应用照明产品的示范工程。。 1.2 研究意义 港口企业一直是交通运输行业的耗能大户, 能源成本在港口企业生产总成本 占有很大的比重。 节约能源己成为新时期港口企业走出国际金融危机影响,提升 竞争能力的重要手段。 节能减排己深入到港口建设、技术改造及生产建设的各个 3 环节。利用清洁能源、可再生能源,提高港口使用清洁能源、可再生能源比例。 优先采用电能或其它清洁能源作为动力源的工艺技术和装卸搬运设备, 使码头装 卸工艺系统各环节能力匹配, 提高装卸效率、 降低能耗。 港口必须加快技术改造, 加快淘汰高耗能、高排放、低效率的老旧设备才能在激烈的竞争中立于不败,也 是港口企业实现向现代交通业转型和提高自身经济效益的需要。 港口现已成为了我国对外开放的窗口, 是现代物流供应链中最重要的环节之 一,逐渐成为集运输、仓储、加工、包装、配送和增值服务等多种功能于一体的 综合性物流平台, 其消耗的能源占有整个交通行业中较大的比重,做好港口企业 的节能减排工作是我国能源战略的需要。根据《公路水路交通运输节能减排“十 二五”规划》确定的目标和《“十二五”水运节能减排总体推进实施方案》的实 施情况,“十二五”期末,与年相比,港口生产单位吞吐量综合能耗下降,单位 吞吐量二氧化碳排放量下降。 只有建立起低碳绿色港口发展长效机制,才能实现 港口可持续发展,确保“十二五”期港◇=△▲口节能减排目标的实现。 2 LED 的照明技术 2.1 LED 的照明技术原理 LED 是一种能够将电能转化为可见光的固态的半导体器件,即发光二极管, 它可以直接把电转化为光。LED 的心脏是一个半导体的晶片,晶片的一端附在 一个支架上,一端是负极,另一端连接电源的正极,使整个晶片被环氧树脂封装 起来。半导体晶片由两部分组成,一部分是 P 型半导体,在它里面空穴占主导地 位,另一端是 N 型半导体,在这边主要是电子。这两种半导体连接起来的时候, 它们之间就形成一☆△◆▲■个 P-N 结。当电流通过导线作用于这个晶片的时候,电子就 会被推向 P 区,在 P 区里电子跟空穴复合,然后就会以光子的形式发出能量, 这就是 LED 灯发光的原理。 4 高节能率的光控白光 LED 照明灯电路原理 在港口流动机械的灯光照明中经常会遇到信号指示灯灯泡频繁烧坏的问题, 从而造成生产管理的延 迟和生产安全的缺漏,为了解决这个问题需要对原来的 信号指示照明系统进行分析研究, 以此来找到最适合用于港口流动机械设备的灯 光指示照明方案,使其能够在 自卸车、装载机、叉车、拖车等港口流动机械设 备上使用。传统的照明主要由白炽灯泡组成,虽然价格便宜,但是港口环境十分 恶劣,钨丝灯泡的灯座极易被腐蚀从 而失效,同时钨丝灯泡的高温钨丝因为剧 烈振动而极易被烧毁, 随时造成港口流动机械信号指示的失效,带来极大的行车 安全隐患和高昂的灯泡总费用。所以为了保 证安全和不间断作业,就必须找出 新型的照明指示系统。 在这一背景下,利用半导体中电子和空穴的复合直接把电 能转换成光的 LED 就应运而生。其独特的性能可 以适应恶劣的港口作业环境, 不仅降低了维护成本,也保证了行车安全。 2.2LED 低压直流电源启动 1. LED 射灯使用低压直流电即可驱动:具有负载小、干扰弱的★▽…◇优点。港口 机械的电气线路采用低压直流电源的电力拖动系统干扰小,抗磁场干扰。更加耐 冲击,抗雷击性强,无紫外线(UV)和红外线. LED 射灯的发出的光线能量集中度很高:集中在较小的波长窗口内,纯 度•●高。岸边桥式起重机的司机室离地面 40 到 50 米高度,LED 光线能量集中度 高有利于司机观察作业点进行装卸作业光线柔和光谱纯有利于保护司机的视力 健康有效的提高装卸作业效率。 3. LED 环保性好,LED 射灯在生产过程中不要添加“汞”,也不需要充气, 不需要玻璃外壳,抗冲击性好,抗震性好,不易破碎。岸边桥式起重机作业过程 5 中难免会有剧烈的机械碰撞 LED 这优点有效地减少灯具的损坏。 4. LED 射灯寿命基本达到 10000-50000 小时,几乎是普通卤素射灯的 10-50 倍。LED 照明产品节电高达 80%以上,几乎◆◁•是免维护,不存在要经常更换部件 的问题。港口装卸作业是 24 小时进行夜间作业高达十几小时全年下来节省高能 耗的费用节约很大的电费成本。 3 LED 灯在港口的应用 3.1 LED 高杆灯替代传统高压钠灯 (1)LED 光源结构与工艺对震动环境的承受力高 由于 LED 光源采用的是半导体工艺技术,因此其光源的结合可靠性非常高, 目前常用的方法是用合金锡料如 AuSn(金锡焊料)、PbSn(铅锡)、In(铟)等 完成,具体方法是将 LED 芯片置于专用支架上,采用合金材料,经机械手将芯片 的电极焊点与支架自动焊接,这一过程也叫封装,在通过拉力测试后,再对封装 好的 LED 进行包括焊点的牢固度、色温区间、电参数一致性等一系列分检及测试 等工作。 由此可知 LED 光源不会出现传统灯泡断灯丝的现象,其发光体可靠性较 高,受应用环境震动的影响承受力较高。根据港口的地理位置的自然条件,灯具 和灯盘的重量,设计灯杆的强度和刚度以及地基基础 ,应特别注意设计的最大风 速。 目前对沿海港口要求设计的最大风速为 55m/s 珠江沿岸的港口则一般设计采 用 38m/s 实际应用还根据历史资料 50 年一遇的最大风速而定。 高压钠灯的工作原理图 (2)LED 光源与灯具散热体的焊接工艺可降低光源与灯具接口脱落机率 LED 光源相当于传统灯具的灯泡,LED 灯具散热体有一部分的职能相当于 6 目前传统灯具灯泡与灯具的连接器。目前,传统灯泡主要是用插口或螺口两种方 式与灯具连接,遇货柜堆场作业设备振动的恶劣天气而使 45M 高空产生不规则 震动时,灯丝断丝情况、螺口松落现象也很普遍。LED 光源与灯具散热体的连 接是靠焊接方式实现的, 是将封装好的 LED 成品固定在铝基板上,多以 SMT 自 动贴片机通过回焊炉固焊,且 LED 光源体积小重量轻,因此大大降低了灯具载 体震动时光源与灯具接口脱落的机率。在港口装卸机械流动性强,煤、矿石装卸 作业点灰尘多,污染大,受天气的自然因素影响,LED 高杆灯的设▷•●计•□▼◁▼具有防尘, 防水,抗振,机械强度,耐腐蚀,散热等功能!还可以调整方位角和俯仰的装置, 在煤堆场根据装卸作业情况调整视野死角预防发生安全事故。 3.2 广州港 LED 应用 广州港已应用的 LED 灯采用上海复旦大学科技园某公司研发的产品。上海 复旦大学科技园某公司研发的 LED 产品照明均度满足国标 GB50582-2010 及行 标 JT-T 557-2004 规定,为不小于 0.5lx。港口已应用的 LE△▪▲□△D 灯为白色自然光, 显色性好, 透雾能力强, 适应港口多雾环境的照明要求。 完全满足港口码头前沿, 后方货场的照明需要。该灯具有防震功能,符合连云港装卸桥,卸船机及门机等 装卸机械的照明需要。另外,灯具材料、结构、重量、安装、价格等方面符合港 口要◁☆●•○△求,已大面积推广使用。 上海复旦大学科技园某公司 LED 灯照度测试情况 距离(M) 灯下 5 10 15 20 25 30 35 40 2012.9.24 11.0 10.5 10.3 10.4 11.3 13.8 18.2 20.9 18.4 2010.10.24 6.7 7.0 9.2 10.6 13.3 17.6 23.9 29.4 28.7 7 2012.12.26 7.9 8.8 11.7 12.1 13.1 13.6 14.6 18.1 23.5 2013.12.30 7.6 8.2 9.5 11.6 12.9 13.8 14.6 17.9 23.4 45 50 55 60 66 灯具功率(W) 平均照度(lx) 均匀度 备注 15.2 11.2 8.8 6.0 10.4 390/420 12.5 0.49 第一代 22.4 17.3 10.7 7.0 4.4 390/420 14.9 0.3 第二代 16.5 13.9 13.0 12.0 9.9 410/420 14.52 0.54 第三代 16.5 13.7 13.1 11.9 9.2 410/420 14.15 0.54 第三代复测 3.3 寸滩公司 LED 应用 目前寸滩公司路灯灯杆数量 160,中杆灯 18 个,高杆灯 55 个,路灯、中杆 灯采用 400W(250W)高压钠灯,高杆灯有 15 组灯具,采用 1000W 高压钠灯,全 部采用高压钠灯,总功率达 881.2KW,若全部采用 LED 灯具,若采用 100W 的 灯代替 250W 的高压钠灯,采用 400W 的 LED 灯具代替 1000W 高压钠灯。总功 率 341KW。按每天照明时间 10 小时计算,全年 365 天计。能耗对比如下表: 使用能耗对比分析 从以上分析可以看出,高压钠灯一年耗电 3378805KWh,LED 灯一年耗电 227395KWh,LED 灯相对高压钠灯可节约电量 3151410KWh ,相当于节约电费 189.1 万元,每年减少二氧化碳排放 2818.8 吨,具有良好的经济、社会效益。 8 3.4 节能及经济效果 根据对多个码头调查的结果显示, 高杆灯上高压钠灯灯管的市场更换周期在 10 个月至 1 年,其它消耗元件如触发器、高压钠灯的镇流器等的维护及直接换 置费用平均每年每套钠灯要消耗 500 元人民币左右;LED 灯不存在镇流器、触 发器、瓷钠灯口及灯泡更换的问题,因此 LED 灯除节电的优势外,码头对照明 部分的日常维护的人工及材料费用也会大幅降低。如果 LED 灯能够在 3 年运行 期内光衰小于 10%(每天按 10 小时工作时间计),则码头在购置了 L★◇▽▼•ED 灯后, 将会在取得节能回报的同时, 还减少了每年△▪▲□△传统灯具的直接固定维护费用。其统 计数值见下表: 项目 灯杆高度 L 照明半径 R 单位 M M 港口 33 66 项目 适用寿命 色温及透雾能力 透雾能力 功率 P 黑色指数 Ra 鳌灯光效 平均照度 Emv 平均照度 均匀度 防护等级 抗震能力 大型机械 灯具重量要求 灯具尺寸要求 kg 8~12 越小越好 节电率 0.6 IP Lm/w lx lx W 2700 左右 65 90 以上 10~20 5 0.3 以上 65 防震,适用港口 角度调节 方便 安装方式 防腐要求 灯具材料 芯片品牌 单颗功率 P 颗粒形式 安装时间 h W 与钠灯通用 防盐雾防腐蚀 压铸铝 克瑞,飞利浦 2W 以上 最好模组化 越快越好 单位 h 港口 5 万小时以上 3500~3800k 具有 高钠灯与 LED 灯节能比较 光源种类 高钠灯 LED 灯 功率(W) 1000 420 数量(套) 18 18 总功率(W) 年耗电量(kwh) 年总电费(万元) 18000 7560 9 78840 3311 32.8729 9.4893 通过上表统计分析可知,假设杆高杆灯用灯 18 套,使用 420W LED 灯替代 1000W 高压钠灯,三年每杆高杆灯可节省 328,729 元,其中电费及需量费节省 316,612-94,983=221,629 元,节能可达 70%,维护费节省 35,100 元,减少二氧 化碳排放 231 吨, 因此, 在新建码头用灯时只要用总可用金额内的价格购买到适 宜的、有使用寿命和光衰保障的 LED 灯具,应用企业必定受益。同时,由于高 杆灯用电总功耗减小,因此,高杆灯的配电设施的总建造成本也会减小;如果是 新建码头的高杆灯选用 LED 灯, 该码头基本建设的配电建造成本也将随之减少, 在码头运营时,总的装机需量费也自然减少。 4 课题总结及展望 4.1 内容总结 LED 灯在港口物流设备的应用安全节能减排有利于港口的可持续发展。 (1)由于经济全球化发展,物流的发展就具体体现在港口的发展上。世界各 国的港口不但数量在发展, 安全因素成为港口方选择照明的重要考量,作业区照 明设备, 基本都处于露天状态, 而且还要受到粉尘, 机械震动等外部因素的影响。 因此,需要选择安全防护等级高的照明设备,因此 LED 灯在港口物流设备的应 用提升港口作业效率环保节能。减少二氧化碳排放从而推动中国绿色港口建设, 实现节能减排目的保护生态环境。现在主流的应用技术材质是铝基板来封装,但 是铝基板封装的芯片散热和光转换效率都存在技术瓶颈, 不能有效地控制结温和 稳定维持高功率的光输出, 并且应用会因为芯片光效越高,所需的铝基板面积越 大,会增加成本和面积极为不便。未来 LED 的发展向往更优质安全高效节能。 (2)港口照明因其照明距离远,照度要求高、工作化境变化大,其 LED 灯 在港口物流设备应用中其照度、均匀度、透雾◇•■★▼能力、还没有成为港口的专用灯。 广州港集团针对港口这一情况进行大功率专项研究,解决长期困扰的技术瓶颈, 已具备向全国港口全面推广应用的条件。共同建设资源节约型环境友好型社会。 本文提出的基于 LED 节能技术在港口的应用研究主要由照明技术、高杆灯 技术组成。考虑到实际分析过程中的假设与实际情况的差异,理论计算、分析的 结果与实际结□◁果必然存在一定的误差。同时,技术处在不断的更新换代中,相关 10 技术的研究工作仍需进一步完善。只有通过大量的实践应用数据对比,才能有比 较准确的分析设计, 同时不断改进理论计算和分析的相关参数。分析了当前相关▪•▪…□▷▷•★ 技术的研究应用情况之后,本文先介绍了背景意义,然后说明了照明技术原理, 进而引入了代替传统港口设备灯具的 LED 高杆灯。并依次介绍了广州港和寸滩 公司港口的 LED 应用情况,通过实际应用数据对比说明了 LED 的节能成效。 4.2 展望 技术的进步是不断向前的, 当前相关节能技术的应用,考虑到应用成本问题 需要采取的一些妥协措施将随着技术的进步而逐步解决, 同时效率也会得到大幅 的提高。相信在不久的将来,以 LED 为代表节能灯具会充斥我们的生活,同时 由于能效的提高普通照明功率将进一步降低,同时发热量大幅减少,灯具将不再 考虑发热问题。 5 参考文献 [1] 刘远平. LED 在港口流动机械信号指示灯上的应用[M]. 港口科技,2005(03) [2] 王国强. 绿色技术创新—港口科技创新的新思路[M]. 港口科技,2010(09) [3] 马振,刘志军. 关于 LED 发展趋势的探讨[J]. 科技资讯,2010 11

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