機場地面勤務節能減排方法探索

張振飛

摘 要：全球航空運輸業碳排放量約占全部碳排放總量的2%，盡管我國民航業正處于快速發展時期，但同時表現出高能耗的弊端。文章論述民航業能耗現狀，主要針對機場地面勤務保障進行節能減排方法探索，包括地面保障車輛“油改氣”項目推廣、地面電源（GPU）的使用、保障車輛優化調度等具體方法進行綜合論述，希望對機場節能減排工作的開展產生一定的促進意義。

關鍵詞：民航業能耗分析；節能方法探索；優化調度

中圖分類號：F562 文獻標志碼：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 民用機場節能減排現狀分析

我國民航運輸業的發展速度位居世界第一，發展規模僅次于美國穩居世界第二，而我國民航業作為高耗能產業，其快速發展和大規模擴張為民航運輸業帶來較高的節能減排壓力，迫使民航各單位實施節能減排項目[1]。由于民航節能減排項目的特殊性以及民航運輸業與國民經濟其他部門較強的關聯關系，實施民航節能減排項目將為民航運輸業以及整個國民經濟帶來經濟效益。民航部門參照其他行業的規劃和規程編制了《民航行業節能減排規劃》[2]，為民航業節能減排工作確立了指導性方針，并從整個行業層面推動節能減排工作的實施，具有較強的指導意義。

中國民用航空業最近幾年表現出強勁的發展趨勢，年增長率維持在5%左右。從我國民航行業能耗和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]，據不完全統計中國民用航空1990年全行業的碳排放量為2.06×107KG，占本年度全國碳排放量的不到千分之一，中國民航業經過近30年的高速發展到2008年，民航業碳排放量約為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的耗能主體為航空運輸業和機場，航空公司為民航運輸業主要的生產單位，負責民航運輸業務的具體開展，以此航空公司是民航業中排放的主要單位，其中航空器是能耗直接產生載體；同時機場作為航空運輸業務的起點與終點，是航空公司完成航空運輸業務的依托基地，所以機場地區成為民航業耗能密度較高的區域。隨著民航行業的快速發展，為保障航空運輸業務順利完成，對地面特種車輛需求不斷能加，同時造成負面的影響，飛行區已是特種車輛、能耗及有毒有害氣體的高密度區。因此從地面保障車輛的節能減排工作的推進對于較少飛行區的能耗乃至于整個機場的能耗將產生較重要的影響，地面勤務節能減排的重要性表現的越來越重要。

2 機場地面勤務節能減排主要探索性方法

2.1 機場地面車輛“油改電”推廣

機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、機場正常運行和安全保障的等3類車輛，從機場功能屬性及主要的參與載體分析得出，機場地區主大氣污染物排放來自航空器、地面保障車輛以及機場自身建筑物等。其中，我國機場地面保障車輛消耗約占機場總能耗的13%，是行業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能減排工作的開展，機場應從提高能源使用效率為方向，開展節能減排工作，其中電力驅動相比化石燃料驅動的能源使用效率更高，因此以電機驅動的地面保障新能源特種車輛將迎來發展契機，隨著電動汽車技術發展及性能提高，從而對傳統地面保障車輛的可替代性增加。推動地面車輛“油改氣”項目的實施，即：將地面保障車輛由以燃油為動力源改為以電動驅動，能有效降低有HC、CO、NOx等有害氣體的排放。傳統機場地面保障車輛以汽油或者柴油為動力，但發動機燃燒產生HC、CO、CO2、NOx等有害氣體，又因為地面保障車輛在飛行區該特殊區域使用，保障車輛長時間處于怠速工況，使發動機燃料燃燒不充分，既增加了油耗又產生更多的有害氣體，特別是HC化合物的排放嚴重超標。然而以電機驅動地面保障車輛的使用，其結果有效的減少因傳統車輛排放污染物，有利于綠色機場建設；減輕對非可再生資源的依賴，有利于節約型機場建設。綜上所述，電動化的地面保障車輛從使用性能角度可以較為滿足行業內的使用需求，同時能有效減少有害氣體排放，有利于機場節能減排工作的實施。民航業成為全國率先在全行業范圍內統一推進新能源汽車應用的行業，其在2015年，民航局確定了以北京首都國際機場為首的旅客吞吐量千萬級別以上的6家機場和上述機場在內的駐場單位共計29家作為首批地面保障車輛“油改氣”項目推廣實施試點單位。

2.2 航空地面電源（GPU）使用

飛機輔助發動機也稱為機載輔助動力源（auxiliary power units APU），其為飛機提供機載設備提供電源及氣源，同時也可以作為飛機主發動機的啟動機[4]。APU自身主要結構為一臺小型渦輪式航空發動機，通過燃燒航空燃油來輸出動力，由于結構局限性造成APU燃燒轉化效率比航空發動機低得多，由于自身較低的燃燒效率從而直接導致單位功率油耗高，間接產生較高的污染物，同時噪聲污染相對嚴重。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與航空器發動機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坪或者站坪，航空器主發動機處于停車狀態，用地航空器地面保障作業，因此APU的使用所排放的污染物產生的噪音將給工作人員的身心健康造成嚴重影響，長此以往對周邊地區空氣質量及環境產生破壞。在民航業快速發展的大趨勢之下，機場客貨吞吐量不斷增長，飛機起降架次不斷增多，APU的使用頻率越來越頻繁，隨之造成的污染物對周邊環境影響也將越來越嚴重。

采用地面電源（Ground Power Unit GPU）代替機載APU運行，可以有效的壓縮APU的運行時間，通常可以壓縮到僅適用1到2個小時，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，同時可以節省因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。傳統的電源車利用內燃機驅動發電機發來保障航空器主發動機停車時航空器附屬設施的電需求，但其在使用過程中暴露出噪音大污染嚴重，排有害氣體，連續工作穩定性較差等弊端，從而造成使用和維護成本較高，經濟效率低下等現象，與民航業節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，在降低機坪噪音的同時有能減少污染物的排放，還可以有效節約航空油料，無論從經濟角度還是從環保角度都是一項既節能又減排的節能減排舉措。

2.3 優化地面保障車輛運行調度

目前我國民航機場對機場地面服務車輛的運營調度，大多采用人工調度或基本運籌學初步求解最優化的輔助方法。上述方法大多以經驗為基礎，有一定的優化效果，但因缺乏宏觀性全局較優調度策略，易造成服務車輛的局限性調度；另一方面基于運籌學的研究中，通常從靜態問題角度進行機場特種車輛調度，缺乏對車輛動態現狀的描述。介于上面兩個原因在實際地面保障車輛指揮調度中很難找出最優的車輛運行路徑，即：地面保障車輛最低的油耗，最低的有害氣體排放等，實現節能減排的目標。

車輛路徑與調度問題（Vehicle routing and scheduling problem，VRSP）是制造系統和自動化和商業服務系統運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，合理組織車輛數量、車輛的運行路線和時間等問題。依次訪問在給定區域范圍內具有服務需求和時間的顧客點，以實現系統的最優目標。針對機場地面保障車輛的運行調度問題，應采取合理的優化路徑對過站機坪進行保障，以實現較低油耗，減少保障車輛有害氣體的排放的目標。隨著機場交通流量的增長、地面布局的日益復雜化，航空器地面滑行沖突風險增加。介于以上原因，地面保障車輛的優化調度實現，對機場節能減排工作有著至關重要的作用。機場運行管理部門應該加大地面保障車輛運行的優化調度工作的投入力度，盡可能規劃出最優的運行保障路徑，從而減少機場能源的消耗，推動節能減排工作的實施。

3 總結與發展趨勢

根據民航局最新《全國民用機場布局規劃》并結合建設綠色機場的理念，本文從機場地面勤務角度對機場節能減排的方法進行探索，希望有助于推動機場節能減排工作的開展。隨著技術的進步，人類對能源保護意識的提高，綠色機場理念的深入，機場節能減排工作將會在機場全生命周期中起到越來越重要的作用，其中機場地面勤務的節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值。

參考文獻：

[1]李莉.民航節能減排項目經濟效益測算研究[D].中國民航大學，2015.

[2]劉平.全面推進民航節能減排[J].中國民用航空，2011.

[3]于敬磊.中國民航節能減排對策研究[J].資源節約與環保，2014.

[4]李龍海，張積洪.民用航空器機載APU污染排放及節能運行研究[J].環境科學與技術，2013.

[5]楊培穎，唐加福，于洋，等.面向最小碳排放量的接送機場服務的車輛路徑與調度[J].自動化學報，2013.