機(jī)場地面勤務(wù)節(jié)能減排方法探索

張振飛

摘 要：全球航空運(yùn)輸業(yè)碳排放量約占全部碳排放總量的2%，盡管我國民航業(yè)正處于快速發(fā)展時(shí)期，但同時(shí)表現(xiàn)出高能耗的弊端。文章論述民航業(yè)能耗現(xiàn)狀，主要針對機(jī)場地面勤務(wù)保障進(jìn)行節(jié)能減排方法探索，包括地面保障車輛“油改氣”項(xiàng)目推廣、地面電源（GPU）的使用、保障車輛優(yōu)化調(diào)度等具體方法進(jìn)行綜合論述，希望對機(jī)場節(jié)能減排工作的開展產(chǎn)生一定的促進(jìn)意義。

關(guān)鍵詞：民航業(yè)能耗分析；節(jié)能方法探索；優(yōu)化調(diào)度

中圖分類號：F562 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）09-0104-02

Abstract： The global air transport industry accounts for about 2% of the total carbon emissions. Chinese civil aviation industry shows the disadvantages of high energy consumption， although it is in the period of rapid development. This paper discusses the current situation of energy consumption in civil aviation industry， and explores the methods of energy conservation and emission reduction for airport ground service， mainly including concrete discussion of the promotion of "oil-to-gas" project， the use of ground power unit （GPU） and the optimization of ground service vehicle dispatching. It is hoped that it will promote the development of airport energy saving and emission reduction.

KeyWords： energy consumption analysis of civil aviation industry； exploratory research on energy saving； optimization of ground service vehicle dispatching

1 民用機(jī)場節(jié)能減排現(xiàn)狀分析

我國民航運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展速度位居世界第一，發(fā)展規(guī)模僅次于美國穩(wěn)居世界第二，而我國民航業(yè)作為高耗能產(chǎn)業(yè)，其快速發(fā)展和大規(guī)模擴(kuò)張為民航運(yùn)輸業(yè)帶來較高的節(jié)能減排壓力，迫使民航各單位實(shí)施節(jié)能減排項(xiàng)目[1]。由于民航節(jié)能減排項(xiàng)目的特殊性以及民航運(yùn)輸業(yè)與國民經(jīng)濟(jì)其他部門較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)關(guān)系，實(shí)施民航節(jié)能減排項(xiàng)目將為民航運(yùn)輸業(yè)以及整個(gè)國民經(jīng)濟(jì)帶來經(jīng)濟(jì)效益。民航部門參照其他行業(yè)的規(guī)劃和規(guī)程編制了《民航行業(yè)節(jié)能減排規(guī)劃》[2]，為民航業(yè)節(jié)能減排工作確立了指導(dǎo)性方針，并從整個(gè)行業(yè)層面推動(dòng)節(jié)能減排工作的實(shí)施，具有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義。

中國民用航空業(yè)最近幾年表現(xiàn)出強(qiáng)勁的發(fā)展趨勢，年增長率維持在5%左右。從我國民航行業(yè)能耗和CO2排放情況來看，其在全國碳排放總量中所占的比重越來越大[3]，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)中國民用航空1990年全行業(yè)的碳排放量為2.06×107KG，占本年度全國碳排放量的不到千分之一，中國民航業(yè)經(jīng)過近30年的高速發(fā)展到2008年，民航業(yè)碳排放量約為20.09×107KG，年平均增長率在16%左右，占本年度全國碳排放量的千分之四。通過能耗分析得出民航業(yè)的耗能主體為航空運(yùn)輸業(yè)和機(jī)場，航空公司為民航運(yùn)輸業(yè)主要的生產(chǎn)單位，負(fù)責(zé)民航運(yùn)輸業(yè)務(wù)的具體開展，以此航空公司是民航業(yè)中排放的主要單位，其中航空器是能耗直接產(chǎn)生載體；同時(shí)機(jī)場作為航空運(yùn)輸業(yè)務(wù)的起點(diǎn)與終點(diǎn)，是航空公司完成航空運(yùn)輸業(yè)務(wù)的依托基地，所以機(jī)場地區(qū)成為民航業(yè)耗能密度較高的區(qū)域。隨著民航行業(yè)的快速發(fā)展，為保障航空運(yùn)輸業(yè)務(wù)順利完成，對地面特種車輛需求不斷能加，同時(shí)造成負(fù)面的影響，飛行區(qū)已是特種車輛、能耗及有毒有害氣體的高密度區(qū)。因此從地面保障車輛的節(jié)能減排工作的推進(jìn)對于較少飛行區(qū)的能耗乃至于整個(gè)機(jī)場的能耗將產(chǎn)生較重要的影響，地面勤務(wù)節(jié)能減排的重要性表現(xiàn)的越來越重要。

2 機(jī)場地面勤務(wù)節(jié)能減排主要探索性方法

2.1 機(jī)場地面車輛“油改電”推廣

機(jī)場地面車輛按使用功能分類，主要分為用于航空器保障、旅客及行李貨物保障、機(jī)場正常運(yùn)行和安全保障的等3類車輛，從機(jī)場功能屬性及主要的參與載體分析得出，機(jī)場地區(qū)主大氣污染物排放來自航空器、地面保障車輛以及機(jī)場自身建筑物等。其中，我國機(jī)場地面保障車輛消耗約占機(jī)場總能耗的13%，是行業(yè)地面能耗與排放的重要源頭之一。

隨著能源問題的加劇和節(jié)能減排工作的開展，機(jī)場應(yīng)從提高能源使用效率為方向，開展節(jié)能減排工作，其中電力驅(qū)動(dòng)相比化石燃料驅(qū)動(dòng)的能源使用效率更高，因此以電機(jī)驅(qū)動(dòng)的地面保障新能源特種車輛將迎來發(fā)展契機(jī)，隨著電動(dòng)汽車技術(shù)發(fā)展及性能提高，從而對傳統(tǒng)地面保障車輛的可替代性增加。推動(dòng)地面車輛“油改氣”項(xiàng)目的實(shí)施，即：將地面保障車輛由以燃油為動(dòng)力源改為以電動(dòng)驅(qū)動(dòng)，能有效降低有HC、CO、NOx等有害氣體的排放。傳統(tǒng)機(jī)場地面保障車輛以汽油或者柴油為動(dòng)力，但發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒產(chǎn)生HC、CO、CO2、NOx等有害氣體，又因?yàn)榈孛姹Ｕ宪囕v在飛行區(qū)該特殊區(qū)域使用，保障車輛長時(shí)間處于怠速工況，使發(fā)動(dòng)機(jī)燃料燃燒不充分，既增加了油耗又產(chǎn)生更多的有害氣體，特別是HC化合物的排放嚴(yán)重超標(biāo)。然而以電機(jī)驅(qū)動(dòng)地面保障車輛的使用，其結(jié)果有效的減少因傳統(tǒng)車輛排放污染物，有利于綠色機(jī)場建設(shè)；減輕對非可再生資源的依賴，有利于節(jié)約型機(jī)場建設(shè)。綜上所述，電動(dòng)化的地面保障車輛從使用性能角度可以較為滿足行業(yè)內(nèi)的使用需求，同時(shí)能有效減少有害氣體排放，有利于機(jī)場節(jié)能減排工作的實(shí)施。民航業(yè)成為全國率先在全行業(yè)范圍內(nèi)統(tǒng)一推進(jìn)新能源汽車應(yīng)用的行業(yè)，其在2015年，民航局確定了以北京首都國際機(jī)場為首的旅客吞吐量千萬級別以上的6家機(jī)場和上述機(jī)場在內(nèi)的駐場單位共計(jì)29家作為首批地面保障車輛“油改氣”項(xiàng)目推廣實(shí)施試點(diǎn)單位。

2.2 航空地面電源（GPU）使用

飛機(jī)輔助發(fā)動(dòng)機(jī)也稱為機(jī)載輔助動(dòng)力源（auxiliary power units APU），其為飛機(jī)提供機(jī)載設(shè)備提供電源及氣源，同時(shí)也可以作為飛機(jī)主發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)機(jī)[4]。APU自身主要結(jié)構(gòu)為一臺小型渦輪式航空發(fā)動(dòng)機(jī)，通過燃燒航空燃油來輸出動(dòng)力，由于結(jié)構(gòu)局限性造成APU燃燒轉(zhuǎn)化效率比航空發(fā)動(dòng)機(jī)低得多，由于自身較低的燃燒效率從而直接導(dǎo)致單位功率油耗高，間接產(chǎn)生較高的污染物，同時(shí)噪聲污染相對嚴(yán)重。APU排放污染物主要由CO2、HC、CO、NOx、SO2等氣體組成，其中除CO2之外，其他氣體均為有害氣體，從排放污染物成分組成角度分析，APU與航空器發(fā)動(dòng)機(jī)的污染物成分大致相同。由于APU一般用于航空器滑行至停機(jī)坪或者站坪，航空器主發(fā)動(dòng)機(jī)處于停車狀態(tài)，用地航空器地面保障作業(yè)，因此APU的使用所排放的污染物產(chǎn)生的噪音將給工作人員的身心健康造成嚴(yán)重影響，長此以往對周邊地區(qū)空氣質(zhì)量及環(huán)境產(chǎn)生破壞。在民航業(yè)快速發(fā)展的大趨勢之下，機(jī)場客貨吞吐量不斷增長，飛機(jī)起降架次不斷增多，APU的使用頻率越來越頻繁，隨之造成的污染物對周邊環(huán)境影響也將越來越嚴(yán)重。

采用地面電源（Ground Power Unit GPU）代替機(jī)載APU運(yùn)行，可以有效的壓縮APU的運(yùn)行時(shí)間，通?？梢詨嚎s到僅適用1到2個(gè)小時(shí)，甚至更短，從而減少因使用APU所造成的 HC、CO、NOx、SO2等有害氣體的排放，同時(shí)可以節(jié)省因APU燃燒所引起的航空燃油，其次可以有效的降低APU所造成的噪音影響。傳統(tǒng)的電源車?yán)脙?nèi)燃機(jī)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)來保障航空器主發(fā)動(dòng)機(jī)停車時(shí)航空器附屬設(shè)施的電需求，但其在使用過程中暴露出噪音大污染嚴(yán)重，排有害氣體，連續(xù)工作穩(wěn)定性較差等弊端，從而造成使用和維護(hù)成本較高，經(jīng)濟(jì)效率低下等現(xiàn)象，與民航業(yè)節(jié)能減排大趨勢相背離。介于以上諸多因素，地面電源代替或者減少APU的使用，在降低機(jī)坪噪音的同時(shí)有能減少污染物的排放，還可以有效節(jié)約航空油料，無論從經(jīng)濟(jì)角度還是從環(huán)保角度都是一項(xiàng)既節(jié)能又減排的節(jié)能減排舉措。

2.3 優(yōu)化地面保障車輛運(yùn)行調(diào)度

目前我國民航機(jī)場對機(jī)場地面服務(wù)車輛的運(yùn)營調(diào)度，大多采用人工調(diào)度或基本運(yùn)籌學(xué)初步求解最優(yōu)化的輔助方法。上述方法大多以經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，有一定的優(yōu)化效果，但因缺乏宏觀性全局較優(yōu)調(diào)度策略，易造成服務(wù)車輛的局限性調(diào)度；另一方面基于運(yùn)籌學(xué)的研究中，通常從靜態(tài)問題角度進(jìn)行機(jī)場特種車輛調(diào)度，缺乏對車輛動(dòng)態(tài)現(xiàn)狀的描述。介于上面兩個(gè)原因在實(shí)際地面保障車輛指揮調(diào)度中很難找出最優(yōu)的車輛運(yùn)行路徑，即：地面保障車輛最低的油耗，最低的有害氣體排放等，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。

車輛路徑與調(diào)度問題（Vehicle routing and scheduling problem，VRSP）是制造系統(tǒng)和自動(dòng)化和商業(yè)服務(wù)系統(tǒng)運(yùn)行管理要解決的基本問題[5]。VRSP是指在滿足一定的約束條件下，合理組織車輛數(shù)量、車輛的運(yùn)行路線和時(shí)間等問題。依次訪問在給定區(qū)域范圍內(nèi)具有服務(wù)需求和時(shí)間的顧客點(diǎn)，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的最優(yōu)目標(biāo)。針對機(jī)場地面保障車輛的運(yùn)行調(diào)度問題，應(yīng)采取合理的優(yōu)化路徑對過站機(jī)坪進(jìn)行保障，以實(shí)現(xiàn)較低油耗，減少保障車輛有害氣體的排放的目標(biāo)。隨著機(jī)場交通流量的增長、地面布局的日益復(fù)雜化，航空器地面滑行沖突風(fēng)險(xiǎn)增加。介于以上原因，地面保障車輛的優(yōu)化調(diào)度實(shí)現(xiàn)，對機(jī)場節(jié)能減排工作有著至關(guān)重要的作用。機(jī)場運(yùn)行管理部門應(yīng)該加大地面保障車輛運(yùn)行的優(yōu)化調(diào)度工作的投入力度，盡可能規(guī)劃出最優(yōu)的運(yùn)行保障路徑，從而減少機(jī)場能源的消耗，推動(dòng)節(jié)能減排工作的實(shí)施。

3 總結(jié)與發(fā)展趨勢

根據(jù)民航局最新《全國民用機(jī)場布局規(guī)劃》并結(jié)合建設(shè)綠色機(jī)場的理念，本文從機(jī)場地面勤務(wù)角度對機(jī)場節(jié)能減排的方法進(jìn)行探索，希望有助于推動(dòng)機(jī)場節(jié)能減排工作的開展。隨著技術(shù)的進(jìn)步，人類對能源保護(hù)意識的提高，綠色機(jī)場理念的深入，機(jī)場節(jié)能減排工作將會在機(jī)場全生命周期中起到越來越重要的作用，其中機(jī)場地面勤務(wù)的節(jié)能減排工作重要性將會更加突出，存在著更加深入研究的價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

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