低碳機場建設方案研究

文_鄒文波 北京首都機場節能技術服務有限公司

本文以某南方支線機場為研究對象，通過分析其碳排放結構和減排潛力，提出該機場的近零碳建設方案，以期為支線機場的近零碳建設提供支持。

1 機場概況

該機場位于我國南方，地處夏熱冬冷地區，現有主力航站樓于“十三五”末投入使用，航站樓建筑面積約為1.3萬m2，設計旅客吞吐量為100萬人次/a。

該機場場區內有航站樓、辦公樓等公共建筑，為保障機場的安全穩定運行，該機場建設有電力系統、航站樓制冷系統、航站樓柴油供熱系統等能源系統，飛行區內有助航燈光、高桿燈、業務車輛等能源系統和設備設施，公共區設有路燈和業務車輛等能源系統和設備設施。

2 機場碳排放及節能減排潛力分析

2.1 碳排放情況分析

參考《中國民用航空企業溫室氣體排放核算方法與報告指南》的要求計算該機場的碳排放。該機場的碳排放源主要是電力、汽油和柴油。其中電力碳排放占比為81.17%，主要用于航站樓、辦公建筑、制冷系統、供水系統、高桿燈系統、助航燈光系統等；柴油大部分主要用于機場航站樓冬季的供暖，排放占比約為14.28%。汽油和部分柴油主要用于行政業務車輛，其排放占比合計約為4.55%。

從碳排放結構來看，要減少機場的碳排放量，可以從降低電力消耗，改變供暖形式從燃油轉變成電力驅動、行政業務車輛油改電三個方面進行改造，從而實現低碳機場的目標。

2.2 節能減排潛力分析

2.2.1 航站樓減排潛力分析

根據《民用機場航站樓能耗評價指南》（MH/T5112，以下簡稱《評價指南》）機場分類，該機場屬于乙Ⅱ類機場，該類機場能耗引導值為100kWh/m2。從現有能耗指標來看，受疫情影響，該機場2020年旅客吞吐量約為設計值的50%左右，此時航站樓的單位面積建筑電耗為74.77kWh/m2。根據研究，航站樓的能耗與旅客吞吐量、氣候、運行時間等有密切關系。如航站樓達到設計吞吐量，航站樓的年電耗約120kWh/m2，高于《評價指南》引導值。未來應進一步控制航站樓的能耗，在航站樓滿負荷甚至超負荷運行的情況下，控制航站樓的年電耗不超過100kWh/m2。

2.2.2 供暖系統減排潛力分析

燃油鍋爐房的熱效率一般約為90%～92%。燃油鍋爐產生1GJ熱量的排放量約為72.34kg。若采用空氣源熱泵機組供暖，按照COP為4進行估算，考慮該機場所在區域的電力排放因子，空氣源熱泵生產1GJ熱量的排放量為36.50kg，減排率為49.54%。

2.2.3 車輛油改電減排潛力分析

《2030年前碳達峰行動方案》提出，到2030年，民用運輸機場場內車輛裝備等力爭全面實現電動化。該機場應持續推動場內車輛油改電工作，力爭2030年前實現電動化率為100%，根據研究，電動化改造的減排量不低于50%。目前該機場擁有燃油車輛43輛，年耗油量約為42.42t，約折合二氧化碳排放量127.26t。

2.2.4 可再生能源利用潛力分析

該機場位于太陽能資源豐富地區，年可利用小時數約為1100h。機場公共區內有停車場、屋頂、湖面等空場地可以利用，飛行區也具備一定面積場地可以利用。經研究，該機場具備光伏發電潛力為2.5MWp。

3 低碳機場建設方案

3.1 建設思路和目標

該機場的低碳建設方案，可簡單總結為“靠天、靠地、靠己”。“靠天”指充分利用機場區域內的空地，建設光伏發電系統，輔以直流驅動和蓄能系統，確保航站樓及其附屬能源設備設施全天耗電需求。“靠地”指利用空氣熱資源或地熱資源，替代現有的燃油鍋爐房，輔以蓄能系統，滿足航站樓供熱制冷需求，驅動地源熱泵的電力也可以源自光伏系統。“靠己”指依靠自身的投入，不斷提升自身管理，加強能源系統的技術改造、設備更新等工作，盡可能提升航站樓暖通空調系統、照明系統等的能效，降低航站樓及為其冷熱源等保障設施的能耗。

為了滿足低碳的要求，設定該機場低碳建設方案的目標是：同比2020年，機場的碳排放總量和單位旅客碳排放下降不低于50%。

3.2 低碳機場建設具體舉措

3.2.1 光伏建設方案

充分考慮機場空地、屋頂、湖面等資源建設光伏發電系統。建設原則為自發自用，余電上網。考慮到負荷匹配、投資經濟效益，光伏建設規劃分兩期，近期主要在該機場的辦公樓屋頂、辦公區域停車場、景觀湖、飛行區空地進行建設，建設規模為1.5MWp。遠期隨著航站樓用能量的增加，進一步考慮在航站樓樓前停車場、飛行區空地等地持續建設，預計建設規模約為1MWp。

3.2.2 航站樓能效提升

為進一步控制航站樓的碳排放，對航站樓的能耗控制目標為該類機場的引導值，即不超過100kWh/m2,主要采取以下舉措：用LED更換原有的照明燈具，并增加智能照明控制系統；建設機場能源管理系統，實現對航站樓的能耗分項計量和管控；優化空調系統的運行模式，實現按需分區域供能等手段。通過這些舉措，進一步控制航站樓的能耗，提升航站樓的能效。

3.2.3 車輛電動化改造

根據車輛的使用年限，按照固定期限（10年）報廢的原則，逐步對機場的燃油車輛進行“油改電”改造。為了滿足車輛的充電需求，同步在機場的辦公區、飛行區內建設充電樁。

3.2.4 供熱低碳化改造

按照等裝機容量替代的原則，對現有燃油鍋爐進行電動化替代。考慮到該機場的地理位置和氣候因素，擬采取空氣源熱泵機組替代燃油鍋爐。現場查看，現有鍋爐房處的電力負荷滿足空氣源熱泵的電力需求，技術可行，同時保留鍋爐房作為調峰使用。

3.3 低碳航站樓建設的具體成效

根據測算，該機場的相關低碳建設的項目實施效果如表1所示。

表1 項目實施效果

在現有邊界下，參考該機場新航站樓投運后年能耗，通過低碳源端和航站樓能效提升項目的實施，該機場航站樓滿負荷運行時年度總耗電量為306萬kWh，不再消耗燃油等化石能源，該機場總耗電量對應的總排放量為1608t。同時由于光伏項目的建設實施，光伏發電項目一期在25a內光伏項目的年均發電量約為144.68萬kWh，對應的減排量約為762t,機場的可再生能源比例占比為47.39%。

該機場低碳建設項目整體實施后，除去光伏自發自用的電量外，該機場凈外購電力約為160萬kWh，凈排放量約為846t，單位旅客排放量約為0.846kg/人次，相對于改造前下降69.70%。機場低碳項目整體減碳量約為920t，減碳率約為57.21%，實現了低碳的改造目標。

3.4 經濟效益分析

項目預計總投入約為2120萬元，其中光伏發電項目投資約為670萬元，供熱低碳化改造項目投資約為300萬元，車輛電動化改造項目整體投資約為1000萬元。航站樓能效提升項目投資約為150萬元，節碳成本約為23000元/t。

4 減碳潛力分析

該機場光伏一期項目發電量占全場總用電量的47%，距離實現零碳機場有一定的差距。機場仍有可利用光伏資源約1MWp，對這部分光伏加以利用，則可增加光伏發電量約為100萬kWh，可再生能源占比增加至80%。如需繼續降低機場的碳排放量，可以通過持續提升航站樓能效控制航站樓的能耗、控制辦公區域能耗、購買可再生能源電力、從市場購買自愿減排量等市場排放指標等手段，從而實現近零碳機場的目標。

5 結語

該支線機場通過采取多項節能減排綜合措施，以期實現低碳建設的目標。如果進一步擴大自身光伏的建設規模，支線機場依靠自身便可以實現近零碳機場的建設目標。地處南方的支線機場可以參考該機場的建設方案，加大推進綠色支線機場建設，為民航行業碳達峰碳中和工作助力。