Освещение в жилых домах, общественных зданиях, промышленности потребляет электроэнергию в значительном объеме
Освещение в жилых домах, общественных зданиях, промышленности потребляет электроэнергию в значительном объеме. Раскрытие больших потенциалов сбережения энергии возможно путем применения инновационных концепций освещения и использования современных энергоэффективных светильников. Для планомерного внедрения систем энергоэффективного освещения следует решить существующие проблемы в данной области.
Современные проблемы энергоэффективного освещения многогранны и имеют широкий спектр. Их решением сейчас занимается большое количество фирм и организаций, работающих в области светотехники. И это действительно актуально, поскольку дефицит энергии становится проблемой все большего числа российских городов. В условиях энергетического и мирового экономического кризиса актуально звучат слова известного писателя-фантаста Артура Кларка: “В качестве единой мировой валюты будет киловатт-час”. Россия к этому приближается весьма быстрыми темпами.
В стране в 2006 году потребность в электроэнергии увеличилась в 2,5 раза. Планы по введению новых генерирующих мощностей были пересмотрены, и вместо 23 МВт за пятилетку было решено ввести 41 МВт новых энергетических мощностей. Для сравнения, в Китае в 2007 году было введено 104 МВт электроэнергии. И здесь возникает весьма существенный вопрос: по какому пути идти – наращиванию генерирующих мощностей или снижению потребления электроэнергии без ухудшения качества освещения. Как и при решении многих других вопросов, наиболее правильным является золотая середина.
Отметим, что стоимость создания киловатта генерирующих мощностей на электростанциях разного типа стоит примерно 1 – 3 тыс. долл. США. А снижение установленной мощности на киловатт освещения стоит 150 – 200 долл. США. Это огромная разница и, кроме того, это связано с решением важнейшей проблемы снижения вредных выбросов в атмосферу. Во всем мире, в частности, в странах, которые входят в Международное энергетическое агентство (МЭА), к основным энергосберегающим действиям в области освещения можно отнести:
- использование компактных люминесцентных ламп;
- установка электронных пускорегулирующих устройств;
- применение ламп люминесцентных прямых типа Т5.
Табл. 1 показывает структуру парка средств освещения, которая была в стране в 2000 году и прогноз на 2015 год.
| Тип ламп | Использование в 2000 году, % |
Прогноз использования на 2015 год, % |
|---|---|---|
| Лампы накаливания (ЛН) | 64 | 40 |
| Люминесцентные лампы (ЛЛ) | 26 | 34 |
| Дуговые ртутные лампы (ДРЛ) | 9 | 7 |
| Компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) | 0,05 | 12 |
| Металлогалогенные лампы (МГЛ) | 0,08 | 1,5 |
| Натриевые лампы высокого давления (НЛВД) | 0,4 | 4 |
| Галогенные лампы накаливания (ГЛН) | 0,47 | 1,5 |
Табл. 2 позволяет проанализировать ситуацию, которая сложилась в различных странах мира. Рассмотрим внимательнее две страны: США и Японию. Годовое потребление электроэнергии в жилых помещениях в США составляет 1 946 кВт*ч, а в Японии – 939 кВт*ч, при этом в США количество ламп в доме – 43 шт., а в Японии – 17 шт., а средняя световая отдача составляет соответственно 18 и 49 лм/Вт. Данное сравнение показывает, что в Японии основной парк средств освещения как в быту, так и в промышленности и общественных зданиях – это люминесцентные лампы. В США парк светильников с лампами накаливания превышает 2,5 млрд световых точек, а парк светильников с КЛЛ составляет около 1,5 млрд световых точек. И существенно то, что использование 42 млн напольных светильников с галогенными лампами накаливания мощностью 300 и 500 Вт не позволяет США снизить потребление электроэнергии на освещение, равное в настоящее время 30% от общего электропотребления страны. Именно этот огромный парк напольных светильников с малоэффективными галогенными лампами не позволяет существенно стронуться с места.
Табл. 2. Оценка усредненных параметров осветительных установок в странах-членах МЭА
| Страна | Годовое потребление электро-энергии, кВт*ч, в жилых домах |
Количество ламп в доме, шт. |
Средняя световая отдача, лм/Вт |
Установ-ленная мощность, Вт/м2 |
Удельное годовое потребление электро-энергии, кВт*ч/м2 |
Площадь жилого дома (помещения), м2 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Великобритания | 720 | 20,1 | 25 | 14,7 | 8,6 | 84 |
| Швеция | 760 | 40,4 | 24 | 14,0 | 6,9 | 110 |
| Германия | 775 | 30,3 | 27 | 15,6 | 9,3 | 83 |
| Дания | 426 | 23,7 | 32 | 5,7 | 3,3 | 134 |
| Греция | 381 | 10,4 | 26 | 7,8 | 3,7 | 113 |
| Италия | 375 | 14,0 | 27 | 10,6 | 4,0 | 108 |
| Франция | 465 | 18,5 | 18 | 16,1 | 5,7 | 81 |
| США | 1 946 | 43 | 18 | 21,5 | 15,1 | 132 |
| Япония | 939 | 17,0 | 49 | 8,1 | 10,0 | 94 |
В табл. 3 представлены некоторые характеристики основных групп источников света, главной из которых является показатель удельной световой энергии, вырабатываемой за срок службы. Если величину световой энергии от лампы накаливания принять за единицу, то можно видеть, что все остальные типы ламп многократно (в разы или даже на порядок) вырабатывают больше световой энергии.
Табл. 3. Основные характеристики источников света
| Тип источника света | Средний срок службы, тыс. ч |
Индекс цветопередачи, Ra |
Световая отдача, лм/Вт |
Удельная световая энергия, вырабатываемая за срок службы (среднее значение) | |
|---|---|---|---|---|---|
| Млм*ч/Вт | Отн. ед. | ||||
| Лампы накаливания (ЛН) | 1 | 100 | 8-17 | 0,013 | 1 |
| Люминесцентные лампы (ЛЛ) | 10-20 | 57-92 | 48-104 | 1,140 | 88 |
| Компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) | 5-15 | 80-85 | 65-87 | 0,780 | 60 |
| Дуговые ртутные лампы (ДРЛ) | 12-24 | 40-57 | 19-63 | 0,738 | 57 |
| Натриевые лампы высокого давления (НЛВД) | 10-28 | 21-60 | 66-150 | 2,050 | 157 |
| Металлогалогенные лампы (МГЛ) | 3,5-20 | 65-93 | 68-105 | 1,020 | 78 |
Необходимо отметить, что лампы накаливания, которые сыграли огромную роль в развитии человечества и которым в 2006 году исполнилось 125 лет со дня их изобретения, сегодня являются недопустимо устаревшим источником света. Их можно сравнить с такой устаревшей техникой, как паровозная или конная тяга, и со многим другим, от чего человечество уже отказалось. Отметим, что во многих странах мира это очень отчетливо осознается и в последнее время там принимаются ислкючительно эффективные меры по вытеснению ламп накаливания. Например, в ноябре 2008 года вышло Постановление Правительства Украины о том, что начиная с 2009 года во всех правительственных зданиях лампы накаливания должны быть заменены на другие более энергоэффективные источники света. В США вышло постановление, подписанное президентом, о том, что с 2011 года исключаются из производства и применения лампы накаливания мощностью 100 Вт, в 2012 году – 75 Вт и так далее до 2014 года, когда лампы накаливания должны быть полностью ликвидированы. В Австралии издано постановление правительства о полном переходе на компактные люминесцентные лампы (КЛЛ) к 2012 году. Это понятно и очевидно, потому что если бы все страны мира перешли на использование КЛЛ, то можно было бы высвободить столько же электроэнергии, сколько за 4 года потребляет вся Австралия.
На рис. 1а показана оценка МЭА годового светопотребления на душу населения в разных странах мира в 2005 году. США потребляют 101 Млм*ч на одного человека в год, Россия – 32 Млм*ч/чел. в год. На рис. 1б представлена средняя световая отдача ламп в осветительных установках коммерческих зданий разных стран. Снова сравним США и Японию. В Америке средняя световая отдача ламп составляет 50 лм/Вт, в Японии – 65 лм/Вт, и связано это с тем, что парк светильников с лампами накаливания даже в США продолжает оставаться огромным.
На рис. 2 наглядно показан потенциал энергосбережения в Германии за счет осветительных приборов. За исходную базу (0%) приняты обычные лампы Т12 диаметром 38 мм. Затем идут лампы Т8 (диаметр трубки 26 мм) – энергоэффективные лампы, прямые, позволяющие сэкономить 7% электроэнергии. Дальше появляются тонкие лампы Т5, и можно видеть, что данные лампы диаметром 16 мм по сравнению с лампами Т12 дают экономию электроэнергии 42%. Если внедрить современную технику с регулированием светового потока ламп и использовать датчики естественной освещенности, то можно сэкономить в первом случае 58%, в другом – 71%. Если применить полный арсенал энергосберегающих мероприятий, включая датчики движения, то при использовании ламп Т5 (16 мм) можно получить экономию электроэнергии 82%. Необходимо отметить, что это только одна линейка светильников и здесь не рассмотрены компактные лампы. Также нужно напомнить, что с появлением ламп Т5 все аппараты стали электронными регулируемыми. Из рис. 3 становится понятно, какой огромный потенциал заложен в экономии электроэнергии в осветительных установках только при использовании лишь одной линии люминесцентных ламп.
В табл. 4 показан прогноз развития светотехники в России, сделанный в 2001 году Всероссийским научно-исследовательским, проектно-конструкторским и технологическим светотехническим институтом им. С. И. Вавилова (ООО “ВНИСИ”). Базировался он на совершенно реальных цифрах: на световых отдачах, на объемах выпуска, на выработке электроэнергии. За базовый был принят 2000 год. Установленная мощность в стране была почти 100 млн кВт. При этом показатель годового светопотребления на душу населения составлял 43 Млм*ч/чел. Если сравнить с США, то там этот показатель равен 101 Млм*ч/чел. (рис. 1а). А на выработку мегалюменчаса световой энергии в России требуется 28 кВт*ч электроэнергии. Согласно прогнозу, основанному на реально существующих энергоэффективных осветительных приборах и существующих методах и способах освещения, эти показатели должны существенно измениться к 2010 и 2020 годам. Необходимо отметить, что при расчете не принимались во внимание светодиоды, поскольку от них вряд ли можно ожидать большой вклад в течение ближайших 3 – 5 лет в массовую экономию электроэнергии от общего освещения. Если идти по тому пути, который предполагался этим прогнозом, то можно получить от 34 до 72 млрд кВт*ч экономии электроэнергии.
Табл. 4. Прогноз развития освещения
| Вариант расчета | 2000 год (базовый) |
2010 год | 2020 год | ||
|---|---|---|---|---|---|
| Без мероприятий по энерго-сбережению |
С мероприятиями по энерго-сбережению |
Без мероприятий по энерго-сбережению | С мероприятиями по энерго-сбережению | ||
| Руст., млн кВт | 99,6 | 120,0 | 92,1 | 133,4 | 78,8 |
| Рпотр., млн кВт | 57,4 | 71,8 | 52,4 | 80,6 | 45,8 |
| Расход электроэнергии (уст.), млрд кВт*ч | 175,0 | 204,4 | 159,3 | 242,6 | 137,9 |
| Расход электроэнергии (потр.), млрд кВт*ч | 108,1 | 131,5 | 97,3 | 157,8 | 86,0 |
| Экономия электроэнергии, млн кВт*ч | 34,2 | 71,8 | |||
| Млм ч/чел. | 43 | 56 | 60 | 67 | 80 |
| кВт*ч/чел. | 1 200 | 1 450 | 1 090 | 1 661 | 944 |
| кВт*ч/Млм*ч | 28 | 26 | 18 | 25 | 12 |
Сегодня самое перспективное и интересное направление, в котором работает огромное количество фирм, где достижения меняются буквально на глазах, – светодиоды. Прогноз совершенствования параметров светодиодов приведен на рис. 3.
Правая кривая – это кривая роста световой отдачи сверхъярких светодиодов за последние 8 лет. Согласно данным книги по светодиодам немецкого общества светотехников, изданной в 2003 году, светодиоды достигли колоссальных успехов, поскольку их световая отдача уже тогда превышала в 2 раза световую отдачу ламп накаливания, т.е. 20 – 25 лм/Вт. В прошлом году при переводе этой книги на русский язык было уточнено, что средняя световая отдача светодиодов лучших фирм составляет 70 – 80 лм/Вт. Фирма Cree Lighting обещала на 2009 – 2010 годы достичь величины 150 лм/Вт. Это, конечно, колоссальное достижение. И сегодня уже есть целый ряд установок, где светодиоды применяются даже для общего освещения. Но это очень дорого. Например, здание Turning Torso в Мальме (Швеция), выполненное в виде 190-метровой винтовой башни, реальный пример использования светодиодов для освещения помещений, где даже все коридоры в карнизах освещены светодиодами. Но это тот случай, когда со стоимостью никто не считался, потому что светодиоды стоили почти по доллару за штуку.
Перечислим свойства светодиодов, которые в ближайшем будущем сделают их самыми экономичными по сравнению с другими источниками света:
- высокая световая отдача (100 – 150 лм/Вт);
- малое энергопотребление (единицы ватт);
- высокие значения КПД световых приборов и коэффициентов использования светового потока в осветительных установках;
- малые габариты (точечные или плоские приборы);
- высокая долговечность (более 10 лет непрерывной работы);
- отсутствие пульсации светового потока;
- возможность получения излучения различного спектрального состава;
- возможность снижения коэффициента запаса осветительных установок благодаря стабильности характеристик и высокому сроку службы;
- возможность использования для освещения выцветающих объектов (произведений искусств, продукции полиграфии, текстильного производства);
- высокая устойчивость к внешним воздействиям (температуре, вибрации, ударам, влажности);
- электробезопасность и взрывобезопасность;
- возможность резкого уменьшения размера, материалоемкости и трудоемкости производства световых приборов;
- возможность создания необслуживаемых светильников;
- высокая степень управляемости (возможность построения систем многоуровневого управления освещением);
- высокая технологичность при массовом производстве;
- низкие затраты на упаковку и транспортировку.
Согласно данным американского журнала, светодиоды в 2005 году в Америке применялись в основном в транспортном секторе – 52%, отдельно на освещение автомобилей приходилось 14%, а на бытовое освещение – всего 6%. Там же дается прогноз, что в 2010 году бытовое освещение займет уже 13% от общего количества выпускаемых светодиодов (их будет выпущено для этой цели на 1 млрд долл. США).
Для подготовки к массовому применению светодиодов в России необходимо:
- провести комплекс психофизиологических исследований разных по назначению осветительных установок со светодиодами и разработать нормативные материалы по их применению (пересмотреть СНиП и СанПиН);
- разработать и стандартизировать методы фотометрии светодиодов;
- осуществить подготовку кадров специалистов в этой области;
- провести большую разъяснительную работу среди специалистов и населения;
- спроектировать и оборудовать показательные установки различного назначения;
- разработать серии разнообразных осветительных приборов со светодиодами.
ООО “ВНИСИ” был рассчитан потенциал экономии электроэнергии в осветительных установках. Экономия электроэнергии может быть достигнута совершенствованием следующих средств освещения:
- расширением производства эффективных источников света и области их применения возможно получить экономию электроэнергии минимум 14%;
- увеличением световой отдачи источников света – 6%;
- повышением стабильности характеристик источников света – 3%;
- повышением КПД осветительных приборов – 6%;
- улучшением эксплуатационных свойств осветительных приборов – 3,5%;
- снижением энергопотребления осветительных приборов, в частности благодаря использованию электронной пускорегулирующей арматуры (ЭПРА) – 1,5 – 2%.
Совершенствованием способов освещения тоже можно достичь экономии электроэнергии:
- расширением области применения системы общего локализованного освещения – 6,5%;
- при применении систем регулирования общего освещения в зависимости от уровня естественной освещенности – 4,5 – 7,5%;
- расширением применения системы системы комбинированного освещения – 4%.
Эти данные базируются на реальном учете имеющейся в стране ситуации, реальных световых отдачах, объемах производства и возможности замены разных источников света. Суммарная возможная экономия составляет 45 – 50% от величины электроэнергии, которая сегодня расходуется в стране на освещение, и это вполне достижимо. А ведь в России порядка 108 – 110 млрд кВт*ч идет на освещение, а значит половина – это более 50 млрд кВт*ч. Поэтому перспективы экономии электроэнергии заманчивы, но нужно работать интенсивно в этом направлении и изменить отношение к данному вопросу на государственном уровне. ООО “ВНИСИ” 10 лет назад передало в Правительство Москвы проект постановления о развитии светотехнической промышленности и реорганизации осветительных установок Москвы – никакого результата. Пять лет назад был создан координационный центр по внедрению светодиодов в освещение, подготовлена программа развития светодиодного освещения и доложена Правительству Москвы, материалы переданы руководителю Департамента науки и промышленной политики. И по-прежнему никакого ответа. За эти годы можно было очень многого добиться в Москве, где около 14 предприятий имеют прямое отношение к разработке и производству светодиодов.
ЗАО “Московский дом света” периодически публикует статьи, адресует письма руководству Москвы о состоянии светотехнической промышленности страны. Большие надежды возлагаются на ГУП “Моссвет”, которое является законным защитником и представителем интересов светотехнической промышленности страны. Нужно иначе, с большей остротой и целенаправленностью решать данные задачи, потому что без этого Москва не сможет добиться тех показателей, той экономии, которая вполне возможна. В 14 странах мира действуют государственные программы энергосбережения в системах освещения Green Light, согласно которым оказывается помощь в развитии направлений, позволяющих экономить электроэнергию. В России такой программы нет. В проекте нового закона по энергосбережению, который готовится Государственной Думой, отсутствует раздел о светотехнике, несмотря на то, что это один из крупнейших потребителей энергии. Необходимо, чтобы вся светотехническая общественность во главе с ГУП “Моссвет” более остро поставила перед правительством вопрос о необходимости создания программы развития светотехники.