Статья " Светодиоды как средство энергосбережения на железнодорожном транспорте"

Светодиоды  как средство Энергосбережения на железнодорожном транспорте

Автор: Манякин Константин Игоревич

Руководитель: Полникова Людмила Сергеевна

Областное бюджетное профессиональное  образовательное учреждение

«Курский монтажный техникум»

Проблема энергосбережения является насущной и актуальной. Это связано с ростом населения планеты и интенсивным развитием технологий, что обуславливает постоянно растущий уровень потребления энергоресурсов.

Энергоснабжение - это обеспечение потребителя всеми видами энергии и энергоносителей, необходимыми для его нормальной работы.

         Одним из основных потребителей энергии является транспортная отрасль.

 В своей статье я попытаюсь отразить информацию, связанную с энергосбережением на железнодорожном транспорте.

  Компания ОАО «РЖД», как одна из крупнейших потребителей электроэнергии, ежегодно использует более 40 млрд. кВт/ч электроэнергии, или порядка 4% общероссийского потребления. Первое место по потребляемой энергии занимают производственно-технологические нужды компании (54 %), второе место занимают расходы на освещение (35%). Менее затратными в этом плане являются электроотопление, вентиляция (7%) и прочие нужды (4 %). Проанализировав эти данные можно понять, что к энергосберегающим технологиям «РЖД» проявляет огромный интерес  для того, чтобы сократить  потребление энергоресурсов.

  Как будущий специалист в области энергетики, считаю, что одним из действенных  методов повышения энергоэффективности на железнодорожном транспорте является использование высокоэкономичных средств световой сигнализации и освещения, в первую очередь на основе светодиодной техники.

          Светодиоды, или LED (Light Emitting Diodes), а точнее их первые образцы, появились еще в середине прошлого века, но широкий интерес к ним появился сравнительно недавно. Основным элементом светодиодного освещения является полупроводниковый кристалл, который начинает светиться за счет прохождения через него электрического тока. Кристалл имеет свойства излучать лучи своего спектра: красного, желтого, зеленого. Путем смещения спектров получают белый свет или методом покрытия самого яркого светодиода синего цвета слоем желтого фосфора. Холодные или тёплые цвета получают изменением соотношения цветов.

Свечение светодиода происходит при рекомбинации электронов и дырок в области р - п - перехода. Соответственно нужен р - п - переход, то есть контакт двух полупроводников с разными типами проводимости.

От материала кристалла зависит цвет свечения, поэтому красные и желтые светодиоды, как правило, изготовляют на основе арсенида галлия, зеленые и синие - на галлий - нитридной основе.

Для усиления свечения необходимо:

- в состав кристаллика ввести специальные добавки и присадки;

- применять многослойные структуры это позволит реализовать в одном кристаллике сразу несколько р - п - переходов, тем самым увеличив яркость свечения кристаллика.

Кристаллик помешают в медную или алюминиевую полированную чашечку, которая является отражателем и катодом (-), а к самому кристаллику приваривают анод (+). Далее конструкцию заливают прозрачным компаундом, которому придают определенную форму. От конструкции зависит угол излучения света, испускаемого кристаллом.

           Из вышеизложенного можно сделать вывод, что светодиод является совершенным точечным источником света с встроенной корректирующей оптикой, что обеспечивает идеальное формирование заданных диаграмм направленности светового потока.

          Сегодня в освещении железнодорожных платформ, подъездных и железнодорожных путей, привокзальных площадей, наружном и внутреннем освещении станций и подстанций, вокзалов, освещении пассажирских поездов и пригородных электричек, цехов, мотор-вагонных и локомотивных депо, железнодорожных мостов еще используются прожекторы и светильники с использованием традиционных источников света - люминесцентных, ртутных, галогенных, натриевых ламп высокого давления. Предлагаю сравнить параметры традиционных источников света и энергосберегающих.

Сравнительные характеристики  источников света

                                                                                                         Таблица 1

Параметры сравнения	Люминисцен тная лампа	Ртутная лампа	Галогенная лампа	Натриевая лампа высоко давления	Светодиодная лампа
Начальная стоимость	Низкая	Низкая	Низкая	Высокая	средняя
Эффективность  ( КПД)	Высокая	Средняя	Средняя	Высокая	высокая
Расход за период эксплуатации	Приемлемый	Приемлемый	Приемлемый	Приемлемый	Очень низкая
Срок службы	До 10000	До 30000	До 4000	До 20000	До 30000
Мерцание	Есть	Есть	Отсутствует	Есть	Отсутствует
Содержание ртути	Высокое	Высокое	Отсутствует	Отсутствует	Отсутствует
Выход на рабочий режим	5минут	Мгновенное	Мгновенное	2-5минут	Мгновенное
Перепады напряжения	Неустойчива	Устойчива	Устойчива	Устойчива	Устойчива
Устойчивость к перепадам температуры	Неустойчива	Неустойчива	Устойчива	Устойчива	устойчива
Перегрузки в сети	При пуске	Отсутствует	Отсутствует	Отсутствует	Отсутствует
Устойчивость к вибрации	Средняя	Высокая	Низкая	Высокая	Высокая
Стабильность работы при низких температурах	Низкая	Высокая	Высокая	Высокая	Высокая

       Анализируя данные можно сделать вывод, что традиционные источники света, по сравнению со светодиодными, имеют значительно большее энергопотребление при значительно меньшем ресурсе работы, что влечет за собой существенные издержки на оплату электроэнергии и эксплуатационные расходы. Современные светодиодные лампы обеспечивают экономию электроэнергии                                                                  в 2-3 раза, что влечет высвобождение электрических мощностей, которые могут быть перераспределены предприятием и, соответственно, дать мощный экономический эффект. Светодиодные источники характеризуются высокой надежностью и высоким сроком службы, следовательно, отпадает необходимость в их замене, что является значимым фактором, влияющим на повышение эксплуатационных затрат. Особенно это важно для железных дорог, протяженность которых колоссальна, а обслуживание осветительных установок, удаленных от крупных центров затруднительно или сами осветительные установки расположены в труднодоступных местах, где работа сопряжена с риском для жизни. Кроме того применение светодиодных систем освещения – это создание за счет осветительного спектра и повышение индекса  цветопередачи оптимального качества освещения и комфортных условий работы персонала и, как следствие, повышения безопасности выполнения работ на объектах. В частности, отмечено, что применение белого светодиодного цвета понижает утомленность персонала за счет содержания в светодиодах синего цвета от исходного синего кристалла. Еще одно немаловажное достоинство светодиодного освещения  - экологичность.  Во-первых, светильники не создают вредных веществ, во-вторых, они не требуют специальных утилизаций,  и в-третьих, отсутствие стробоскопического эффекта, поскольку светодиодные источники работают на постоянном токе и напряжении и их функционирование не сопровождается пульсациями излучения.

                                                                                                                 Таблица 2

             Сравнительные характеристики  эффективности источников света

Тип источника света	Паспортная эффективность, 1м/Вт	Реальная эффективность, 1м/Вт	Потребление на 1000Лм Вт/час	Ресурс, часов
Галогенные лампы	16 - 22	12 - 20	66	2000
Компактные люминесцентные	50 - 70	35 - 50	25	10000
Газоразрядные (ртутные)	60 - 80	более 40	20	3000 - 6000
Люминесцентные	60 - 100	55 - 70	17	15000
Натриевые лампы (ВД)	90 - 130	более 50	20	15000
Светодиодные лампы	100-120	90-110	60	50000

 Сравнение характеристик эффективности источников света позволяет сделать вывод о том, что современный энергосберегающие светодиодные лампы эффективнее по некоторым показателям в несколько раз превосходят традиционные источники света.

           В результате внедрения светодиодной системы модернизируется и сам технологический процесс обслуживания системы освещения, соответственно уменьшится объем работ, выполняемых в процессе обслуживания, а также уменьшится количество заменяемых ламп, ввиду увеличения срока службы светодиодных светильников по сравнению с заменяемыми.

           По статистике уже к 2020 году светодиоды  станут преобладающей технологией на рынке светотехники. Лидерские позиции им обеспечат три фактора: постоянное увеличение светоотдачи, снижение цен на LED-модули и инициативы правительств развитых стран мира по сокращению потребления электроэнергии.  Доля светодиодов приблизится к 50% от общего количества производимого света и соответственно будет ежегодно экономия электроэнергии в 165 млрд. кВт×ч. По расчетам сэкономленная мощность к этому году составит 17 ГВт, что эквивалентно 27 новым электростанциям по 600 МВт.

            Однако при всех достоинствах современных светодиодов остаются нерешённые  проблемы: пока не установлено, каким должно быть процентное соотношение вышедших из строя и исправных светодиодов, а также не достигнуто соотношение между такими показателями, как световой поток на единицу мощности (лм/Вт), потребление электроэнергии, срок службы и стоимость.

Список литературы:

1.     Дудин Е,Б. Светоизлучающие диоды – революция в технологии освещения // Проблемы окружающей среды и природных ресурсов. – 2007. - №6. – с. 99-106.

2.     Ермак С.Ю., Гвоздева М.А., Сафина Л.М., ФГУ «Российское энергетическое сообщество» Минэнерго России [электронный ресурс]

3.     http://www.rzd.ru – ОАО «РЖД», официальный сайт

Краткое описание документа:

Проблема энергосбережения является насущной и актуальной. Это связано с ростом

населения планеты и интенсивным развитием технологий, что обуславливает постоянно

растущий уровень потребления энергоресурсов. Одним из основных потребителей энергии

является транспортная отрасль. В статье отражена информация, связанная с

энергосбережением на железнодорожном транспорте.