我國區域人工影響天氣工程節能問題
——以西北區域為例

■王自強 牛官俊 翟薇 張小培 王璐 譚娟 鄭琪

西北人影工程的綜合能耗為750.28噸標準煤，其中耗電量約為136.56萬kWh，飛機作業能耗約占總能耗的77%左右，是最主要能耗單元。

西北區域人工影響天氣建設工程（以下簡稱：西北人影工程）是《全國人工影響天氣發展規劃（2014—2020年）》明確的6大區域（東北、西北、中部、西南、華南、華北區域）人工影響天氣工程之一，建設范圍覆蓋甘肅、陜西、青海、寧夏、新疆（含新疆生產建設兵團）等5?。ㄗ灾螀^）全境及內蒙古自治區西部4個盟市（阿拉善盟、巴彥淖爾市、烏海市、鄂爾多斯市），建設內容包括飛機和地面作業、作業保障和指揮、試驗示范基地等，建成后為西北區域生態安全、山區冰川、流域來水、抗旱救災、森林防火等提供有效保障。

節約資源是我國的基本國策，近年來，國家不斷完善節能評估方面的相關法律、法規，明確實行固定資產投資項目節能評估和審查制度。根據項目性質不同，節能評估分析的重點有所側重，氣象投資項目節能評估分析工作聚焦建設方案能源消耗估算、節能措施評估等。東北區域人工影響天氣建設工程（以下簡稱：東北人影工程）和西北人影工程是我國率先啟動實施的區域人影工程建設示范性工程，對其開展節能評估分析，能夠全面系統地掌握工程的用能水平，深入了解主要用能設備的能耗狀況，找出工程能源消耗的關鍵內容，從而明確項目節能方向，提出項目運維意見，不僅可為氣象行業管理部門科學測算人影工程運維經費提供技術支撐，為人影工程項目設計和建設實施提供參考和借鑒。

1 人影工程節能評估方法

1.1 節能評估的政策依據

《中華人民共和國節約能源法》明確規定，國家實行固定資產投資項目節能評估和審查制度?！秶鴦赵宏P于加強節能工作的決定》《固定資產投資項目節能審查辦法》等一系列管理制度對固定資產投資項目的節能審查程序、審查范圍和審查權限等工作做了進一步規定，明確國家發展改革委審批、核準和報請國務院審批、核準的固定資產投資項目必須開展節能審查工作。

1.2 能耗計算方法和途徑

根據《綜合能耗計算通則》（GB/T 2589—2020），能量的當量值是按照物理學電熱當量、熱功當量、電功當量換算的各種能源所含實際能量，二次能源或耗能工質所消耗的各種能源需通過折算系數折算成一次能源的能量，各種能源折算為一次能源的單位為標準煤當量。

區域人影工程建設主要內容包括飛機作業能力建設、飛機作業保障能力建設、地面作業能力建設、人影作業指揮系統建設和試驗示范基地建設，產生能耗的建設內容主要包括作業飛機、建筑、氣象和信息設備等，所消耗的能源物質包括煤油、電力、焦炭和新水。

2 西北人影工程能耗評估分析

“十一五”至“十三五”時期，國家發展改革委員會和中國氣象局共同編制印發了兩部全國性人工影響天氣發展規劃：《人工影響天氣發展規劃（2008—2012年）》《全國人工影響天氣發展規劃（2014—2020年）》，并于2012年啟動實施我國首個區域人影工程—東北人影工程。不同于探索性的東北人影工程，西北人影工程在設計階段既能夠吸收已有的實施經驗及時調整建設方案，又可以按照《全國人工影響天氣發展規劃（2014—2020年）》的新理念、新要求進行技術方案革新，是典型的示范性工程，具有承上啟下的重要意義。本文將從工程能耗評估角度，基于東北人影工程設計和實際能耗對比，分析評估西北人影工程能耗規模、結構。

2.1 西北人影工程能耗估算

西北人影工程能耗主要涉及飛機作業能耗、建筑水電和采暖能耗、專業氣象和信息網絡設備能耗等三方面，相應的煤油、電力、焦炭和新水消耗量計算如下。

2.1.1 飛機作業煤油消耗估算

飛機能耗是人影作業飛機方案比選的項目之一，在項目可行性研究報告編制階段，西北人影工程對人影作業飛機的A+B選型方案進行了方案比選。根據人影作業飛機性能要求，西北人影工程擬將新舟60、空中國王350CER和ERJ-145作為備選機型進行方案比選。根據近年民航統計數據，擬選機型的單架耗油量M分別：新舟60為526 kg/h，空中國王350CER為256 kg/h，ERJ-145為1200 kg/h?？梢?，新舟60和空中國王350CER的單機耗油量比ERJ-145低，同樣的作業次數、作業時間年總油耗量也更少。因此，從工程長期運行發展節能角度，西北人影工程國家作業飛機機型的首選組合是新舟60和空中國王350CER。

西北人影工程建成后，將新增4架國家作業飛機（2架新舟60和2架空中國王350CER），飛機作業能耗主要為4架飛機每年航空煤油消耗量。這兩種型號的飛機均符合《節能中長期專項規劃》中航空運輸采用節油機型的相關標準要求。

根據西北區域各?。ㄗ灾螀^）歷年人工影響天氣作業情況，預計項目建成后單架飛機每年飛行架次

N

為50架次、每架次作業時數

t

為5 h。4架國家作業飛機年耗煤油量估算如表1。

表1 國家作業飛機年耗煤油量估算表

2.1.2 建筑電力、焦炭和新水消耗量估算

西北人影工程新建蘭州國家作業飛機駐地專業保障設施，建筑面積共計1800 m，預計工作人員總數28人，使用時間是每年的作業季，預計共9個月（270 d），其中有1個月（30 d）需采暖，建筑能耗估算如下。

（1）建筑照明等電力消耗量估算

蘭州國家作業飛機駐地專業保障設施用電主要包括照明、插座等，根據《建筑照明設計標準》（GB 50034—2013），按用電功率密度30 W/m，功率因數按0.7計，預計每天用電小時數為8 h，建筑物年用電量約為81648 kW·h。

（2）建筑采暖焦炭消耗量估算

根據《嚴寒和寒冷地區居住建筑節能設計標準》（JGJ26—2018），蘭州國家作業飛機駐地專業保障設施的采暖焦炭消耗煤量估算如表2。

表2 蘭州國家作業飛機駐地專業保障設施采暖能耗估算表

（3）新水消耗量估算

蘭州國家作業飛機駐地專業保障設施的新水消耗量主要由飛機作業人員的生活和辦公用水產生，辦公用水定額一般為30～50 L/（人·d），新水消耗量約為408.8噸（按40 L/（人·d））。

2.1.3 氣象和信息設備電力消耗量估算

西北人影工程用電設備包括機載設備、氣象觀測設備、人影作業設備、信息網絡設備和保障中心生活用設備。其中機載設備使用飛機燃油發電，已計入飛機油耗；氣象觀測設備中的自動氣象站為無人值守站點，采用太陽能供電；地面人影作業裝備替換現有裝備，不增加新的能耗；信息網絡設備是新建或更新各級氣象局現有設備，其中工作站市級和縣級全部更新，臺式計算機市級更新50%，更新部分替換掉現有設備，不增加新的能耗（表3）。

表3 氣象和信息設備能耗估算表

2.1.4 項目年綜合能耗估算

根據飛機作業、建筑和用能設備等耗能設備和設施對煤油、電力、焦炭和新水的消耗量，西北人影工程的綜合能耗估算如表4。

根據表4，西北人影工程的綜合能耗為750.28噸標準煤，其中耗電量約為136.56萬kW·h（折167.84噸標準煤），飛機作業能耗約占總能耗的77%左右，是最主要能耗單元。

表4 綜合能耗估算表

2.2 東北人影工程能耗估算與實際能耗對比分析

東北人影工程涵蓋遼寧、吉林、黑龍江等3省全境及內蒙古自治區東部4個地市（呼倫貝爾市、興安盟、通遼市、赤峰市），主要建設領域和西北人影工程類似，包括飛機作業能力建設、區域飛機作業保障中心建設、地面作業能力建設、人影作業指揮業務系統建設等，工程采用的設備選型與西北人影工程也大致相同，工程能耗主要包括飛機作業油耗、建筑用水、建筑耗電、建筑采暖、專業氣象和信息網絡設備能耗等。

按照前面工程能耗分析的計算方法，項目設計階段東北人影工程年能耗估算量約579.77噸標準煤，其中國家作業飛機作業能耗為313.45噸標準煤（按照單架飛機年飛行作業27架次、每架次作業5 h預估），約占工程總能耗54%，是東北人影工程的主要耗能單位。

東北人影工程啟動建設后，3架國家作業飛機陸續形成作業能力，其中，2016年2架新舟60飛機具備運行作業條件，2018年1架空中國王350ER具備運行作業條件。根據2016—2020年東北人影國家作業飛機作業情況統計數據，東北4省區（內蒙古、遼寧、吉林和黑龍江）的單架高性能飛機年均作業架次（架次）和作業時數（h）如圖1所示。

圖1 2016—2020年東北人影工程單架高性能飛機年均作業架次及時數統計圖

引起人影飛機作業量波動的原因一般有：作業能力形成時間、地方投資支持力度、每年區域氣候變化特征、國家重大活動保障及應急減災需求等。從圖1可看出，2018年飛機作業使用量是歷年作業量的峰值，主要原因是2018年空中國王350CER正式交付運行后，在該年內完成了東北人影工程飛機作業能力建設子項目的全部內容，高性能飛機參與試驗示范區作業試驗和跨區域應急作業全面鋪開，飛機作業業務能力基本達到設計理想狀態。但受近幾年東北經濟發展遭遇瓶頸、新冠肺炎疫情爆發及地方政府對氣象部門投資縮減等因素的影響，東北人影飛機運行維護費用出現削減，飛機作業業務能力呈現不飽和狀態，直接影響了2019—2020年飛機作業的架次和時數。故本文擬采用2018年人影飛機作業的理想狀態作為飛機實際作業量的真值參考，單架國家作業飛機年均作業架次及時數的平均值應分別為24架次和4 h（取整計數）。按照2.1.1節的計算方法，東北人影工程的國家作業飛機實際能耗取為222.90噸標準煤，約為設計階段能耗分析值313.45噸標準煤的71%。

2.3 西北人影工程實際能耗估算

根據上述分析結果，選取東北人影工程國家作業飛機實際能耗與設計能耗比值0.71，作為區域人影工程國家作業飛機能耗初始調整參數，初步預估西北人影工程國家作業飛機實際能耗為408.48噸標準煤（575.32×0.71=408.48），項目總能耗降低至583.44噸標準煤（408.48+167.84+7.09+0.035=583.44）。

但西北人影作業實際情況仍有別于東北，最終調整參數還需在初始調整參數基礎上適當增大以綜合考慮其他客觀因素影響，主要原因有三方面：一是西北區域可作業面積大于東北，前者為113萬km，后者為40萬km；二是西北區域氣候特點干旱少雨、風大沙多，是典型的干旱半干旱地區，水資源嚴重短缺，同時，西北地區還是我國生態功能區最集中的區域，但生態環境問題嚴峻，導致土地荒漠化、沙化趨勢尚未根本改變，對水資源的需求更迫切和旺盛；三是縱觀每年各地方政府對各省氣象局人影作業的投資支持力度，西北各省的地方投資普遍較東北多。

從上述原因可以推斷，西北人影工程的飛機作業架次和時數均要比東北多，則西北人影工程的實際能耗量應介于583.44～750.28噸標準煤，約占原能耗分析值的80%～90%。

3 西北人影工程節能措施分析

飛機作業能耗是西北人影工程的主要能耗單元（占比77%），且其他方面節能措施在《公共建筑節能設計標準》（GB 50189—2015）等國家標準規范文件中已有明確規定，本文主要針對飛機作業節能措施進行詳細分析。

3.1 作業飛機選型節能措施

擬購置的新舟60和空中國王350CER國家作業飛機已按照中國民航CCAR-25部標準設計、生產和試飛驗證，新舟60動力裝置采用加拿大普惠公司的PW-127J自由渦輪式低油耗渦槳發動機，空中國王350CER為美國進口機型，動力裝置為加拿大普惠公司的PT6A-60A型發動機渦槳發動機，這兩款飛機的動力裝置均屬于渦槳發動機，具有低燃油消耗、節能環保的特點。

3.2 作業飛機節能管理措施

通過提高人影作業條件的預報準確率、制定科學合理作業方案、建立節能宣傳與獎懲機制等措施，做好飛機作業節能管理工作。

4 結論與建議

西北人影工程雖不屬于能源消耗大的工程，但作為我國區域人影工程建設的示范性工程具有一定的代表意義，其節能評估分析在工程建設實施和運行管理方面具有重要參考價值，如項目運行期內每年的飛機托管費和作業運行費用等項目運行維持費預算的確定等。目前，按照事權和財權相統一，“誰受益、誰負擔”的原則，西北人影工程飛機運維費由飛機常駐地省級財政承擔；日常作業運行費用按任務來源、性質和受益區，由相應地區政府財政分擔。飛機作業產生的飛機燃油費、航線申請費、維修保養費和飛行人員工資等費用是飛機托管費和作業運行費用的主要組成部分，飛機作業量的預估對科學測算項目運行維持費至關重要。

西北人影工程前期設計階段，預估每架國家作業飛機基本托管費用約920萬元/架，作業經費600萬元/架。通過上述西北人影工程節能評估分析可知，區域人影工程的飛機實際作業量一般小于項目前期設計階段的估算值，假定調整參數等于初始調整參數0.71，則實際每架國家作業飛機基本托管費用年初預算應下調200萬左右、作業經費下調100萬左右，以避免因人影作業飛機使用頻率估算過高，出現項目運行維持費預算編制過高、地方投資執行利用率不充分的現象。同時，作為前期借鑒，后續工程如中部、西南、華北、東南區域人影工程在進行節能評估分析和飛機運行維持費估算時，都應根據前面已建工程的實際實施運行情況，做相應參數調整，使項目前期設計階段估算值更貼近實際情況、減小誤差。

最后，節能評估是固定資產投資項目的重要前置條件之一，應繼續深化氣象工程項目節能評估分析，適應國家和氣象發展要求，真正做到從源頭節能降耗，通過制定合理的節能措施，如：遴選燃油消耗率更低的國產高性能飛機、選配更加高效節能的專業氣象設備和通用電子設備、實施更為優化的建筑節能方案等，提高人工影響天氣工程項目能耗利用效率，降低能源消耗，促進我國區域人影工程綠色健康發展。

深入閱讀

姜過水, 2015. 淺論對固定資產投資項目的節能評估. 能源與節能,(12): 81-82.

李旭, 谷笑楠, 2019. 前進中的吉林人影. 氣象科技進展, 9(6): 78-79.

李旭, 王超群, 2019. 東北區域人工影響天氣中心進展. 氣象科技進展, 9(6): 80-81.

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