■王自強(qiáng) 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(biāo)準(zhǔn)煤,其中耗電量約為136.56萬kWh,飛機(jī)作業(yè)能耗約占總能耗的77%左右,是最主要能耗單元。
西北區(qū)域人工影響天氣建設(shè)工程(以下簡(jiǎn)稱:西北人影工程)是《全國(guó)人工影響天氣發(fā)展規(guī)劃(2014—2020年)》明確的6大區(qū)域(東北、西北、中部、西南、華南、華北區(qū)域)人工影響天氣工程之一,建設(shè)范圍覆蓋甘肅、陜西、青海、寧夏、新疆(含新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán))等5?。ㄗ灾螀^(qū))全境及內(nèi)蒙古自治區(qū)西部4個(gè)盟市(阿拉善盟、巴彥淖爾市、烏海市、鄂爾多斯市),建設(shè)內(nèi)容包括飛機(jī)和地面作業(yè)、作業(yè)保障和指揮、試驗(yàn)示范基地等,建成后為西北區(qū)域生態(tài)安全、山區(qū)冰川、流域來水、抗旱救災(zāi)、森林防火等提供有效保障。
節(jié)約資源是我國(guó)的基本國(guó)策,近年來,國(guó)家不斷完善節(jié)能評(píng)估方面的相關(guān)法律、法規(guī),明確實(shí)行固定資產(chǎn)投資項(xiàng)目節(jié)能評(píng)估和審查制度。根據(jù)項(xiàng)目性質(zhì)不同,節(jié)能評(píng)估分析的重點(diǎn)有所側(cè)重,氣象投資項(xiàng)目節(jié)能評(píng)估分析工作聚焦建設(shè)方案能源消耗估算、節(jié)能措施評(píng)估等。東北區(qū)域人工影響天氣建設(shè)工程(以下簡(jiǎn)稱:東北人影工程)和西北人影工程是我國(guó)率先啟動(dòng)實(shí)施的區(qū)域人影工程建設(shè)示范性工程,對(duì)其開展節(jié)能評(píng)估分析,能夠全面系統(tǒng)地掌握工程的用能水平,深入了解主要用能設(shè)備的能耗狀況,找出工程能源消耗的關(guān)鍵內(nèi)容,從而明確項(xiàng)目節(jié)能方向,提出項(xiàng)目運(yùn)維意見,不僅可為氣象行業(yè)管理部門科學(xué)測(cè)算人影工程運(yùn)維經(jīng)費(fèi)提供技術(shù)支撐,為人影工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)和建設(shè)實(shí)施提供參考和借鑒。
《中華人民共和國(guó)節(jié)約能源法》明確規(guī)定,國(guó)家實(shí)行固定資產(chǎn)投資項(xiàng)目節(jié)能評(píng)估和審查制度。《國(guó)務(wù)院關(guān)于加強(qiáng)節(jié)能工作的決定》《固定資產(chǎn)投資項(xiàng)目節(jié)能審查辦法》等一系列管理制度對(duì)固定資產(chǎn)投資項(xiàng)目的節(jié)能審查程序、審查范圍和審查權(quán)限等工作做了進(jìn)一步規(guī)定,明確國(guó)家發(fā)展改革委審批、核準(zhǔn)和報(bào)請(qǐng)國(guó)務(wù)院審批、核準(zhǔn)的固定資產(chǎn)投資項(xiàng)目必須開展節(jié)能審查工作。
根據(jù)《綜合能耗計(jì)算通則》(GB/T 2589—2020),能量的當(dāng)量值是按照物理學(xué)電熱當(dāng)量、熱功當(dāng)量、電功當(dāng)量換算的各種能源所含實(shí)際能量,二次能源或耗能工質(zhì)所消耗的各種能源需通過折算系數(shù)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(biāo)準(zhǔn)煤當(dāng)量。
區(qū)域人影工程建設(shè)主要內(nèi)容包括飛機(jī)作業(yè)能力建設(shè)、飛機(jī)作業(yè)保障能力建設(shè)、地面作業(yè)能力建設(shè)、人影作業(yè)指揮系統(tǒng)建設(shè)和試驗(yàn)示范基地建設(shè),產(chǎn)生能耗的建設(shè)內(nèi)容主要包括作業(yè)飛機(jī)、建筑、氣象和信息設(shè)備等,所消耗的能源物質(zhì)包括煤油、電力、焦炭和新水。
“十一五”至“十三五”時(shí)期,國(guó)家發(fā)展改革委員會(huì)和中國(guó)氣象局共同編制印發(fā)了兩部全國(guó)性人工影響天氣發(fā)展規(guī)劃:《人工影響天氣發(fā)展規(guī)劃(2008—2012年)》《全國(guó)人工影響天氣發(fā)展規(guī)劃(2014—2020年)》,并于2012年啟動(dòng)實(shí)施我國(guó)首個(gè)區(qū)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(shè)計(jì)階段既能夠吸收已有的實(shí)施經(jīng)驗(yàn)及時(shí)調(diào)整建設(shè)方案,又可以按照《全國(guó)人工影響天氣發(fā)展規(guī)劃(2014—2020年)》的新理念、新要求進(jìn)行技術(shù)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(píng)估角度,基于東北人影工程設(shè)計(jì)和實(shí)際能耗對(duì)比,分析評(píng)估西北人影工程能耗規(guī)模、結(jié)構(gòu)。
西北人影工程能耗主要涉及飛機(jī)作業(yè)能耗、建筑水電和采暖能耗、專業(yè)氣象和信息網(wǎng)絡(luò)設(shè)備能耗等三方面,相應(yīng)的煤油、電力、焦炭和新水消耗量計(jì)算如下。
2.1.1 飛機(jī)作業(yè)煤油消耗估算
飛機(jī)能耗是人影作業(yè)飛機(jī)方案比選的項(xiàng)目之一,在項(xiàng)目可行性研究報(bào)告編制階段,西北人影工程對(duì)人影作業(yè)飛機(jī)的A+B選型方案進(jìn)行了方案比選。根據(jù)人影作業(yè)飛機(jī)性能要求,西北人影工程擬將新舟60、空中國(guó)王350CER和ERJ-145作為備選機(jī)型進(jìn)行方案比選。根據(jù)近年民航統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),擬選機(jī)型的單架耗油量M分別:新舟60為526 kg/h,空中國(guó)王350CER為256 kg/h,ERJ-145為1200 kg/h??梢姡轮?0和空中國(guó)王350CER的單機(jī)耗油量比ERJ-145低,同樣的作業(yè)次數(shù)、作業(yè)時(shí)間年總油耗量也更少。因此,從工程長(zhǎng)期運(yùn)行發(fā)展節(jié)能角度,西北人影工程國(guó)家作業(yè)飛機(jī)機(jī)型的首選組合是新舟60和空中國(guó)王350CER。
西北人影工程建成后,將新增4架國(guó)家作業(yè)飛機(jī)(2架新舟60和2架空中國(guó)王350CER),飛機(jī)作業(yè)能耗主要為4架飛機(jī)每年航空煤油消耗量。這兩種型號(hào)的飛機(jī)均符合《節(jié)能中長(zhǎng)期專項(xiàng)規(guī)劃》中航空運(yùn)輸采用節(jié)油機(jī)型的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。
根據(jù)西北區(qū)域各?。ㄗ灾螀^(qū))歷年人工影響天氣作業(yè)情況,預(yù)計(jì)項(xiàng)目建成后單架飛機(jī)每年飛行架次N
為50架次、每架次作業(yè)時(shí)數(shù)t
為5 h。4架國(guó)家作業(yè)飛機(jī)年耗煤油量估算如表1。表1 國(guó)家作業(yè)飛機(jī)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(guó)家作業(yè)飛機(jī)駐地專業(yè)保障設(shè)施,建筑面積共計(jì)1800 m,預(yù)計(jì)工作人員總數(shù)28人,使用時(shí)間是每年的作業(yè)季,預(yù)計(jì)共9個(gè)月(270 d),其中有1個(gè)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(guó)家作業(yè)飛機(jī)駐地專業(yè)保障設(shè)施用電主要包括照明、插座等,根據(jù)《建筑照明設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50034—2013),按用電功率密度30 W/m,功率因數(shù)按0.7計(jì),預(yù)計(jì)每天用電小時(shí)數(shù)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(jù)《嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)居住建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ26—2018),蘭州國(guó)家作業(yè)飛機(jī)駐地專業(yè)保障設(shè)施的采暖焦炭消耗煤量估算如表2。
表2 蘭州國(guó)家作業(yè)飛機(jī)駐地專業(yè)保障設(shè)施采暖能耗估算表
(3)新水消耗量估算
蘭州國(guó)家作業(yè)飛機(jī)駐地專業(yè)保障設(shè)施的新水消耗量主要由飛機(jī)作業(yè)人員的生活和辦公用水產(chǎn)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(shè)備電力消耗量估算
西北人影工程用電設(shè)備包括機(jī)載設(shè)備、氣象觀測(cè)設(shè)備、人影作業(yè)設(shè)備、信息網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和保障中心生活用設(shè)備。其中機(jī)載設(shè)備使用飛機(jī)燃油發(fā)電,已計(jì)入飛機(jī)油耗;氣象觀測(cè)設(shè)備中的自動(dòng)氣象站為無人值守站點(diǎn),采用太陽能供電;地面人影作業(yè)裝備替換現(xiàn)有裝備,不增加新的能耗;信息網(wǎng)絡(luò)設(shè)備是新建或更新各級(jí)氣象局現(xiàn)有設(shè)備,其中工作站市級(jí)和縣級(jí)全部更新,臺(tái)式計(jì)算機(jī)市級(jí)更新50%,更新部分替換掉現(xiàn)有設(shè)備,不增加新的能耗(表3)。
表3 氣象和信息設(shè)備能耗估算表
2.1.4 項(xiàng)目年綜合能耗估算
根據(jù)飛機(jī)作業(yè)、建筑和用能設(shè)備等耗能設(shè)備和設(shè)施對(duì)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(jù)表4,西北人影工程的綜合能耗為750.28噸標(biāo)準(zhǔn)煤,其中耗電量約為136.56萬kW·h(折167.84噸標(biāo)準(zhǔn)煤),飛機(jī)作業(yè)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
東北人影工程涵蓋遼寧、吉林、黑龍江等3省全境及內(nèi)蒙古自治區(qū)東部4個(gè)地市(呼倫貝爾市、興安盟、通遼市、赤峰市),主要建設(shè)領(lǐng)域和西北人影工程類似,包括飛機(jī)作業(yè)能力建設(shè)、區(qū)域飛機(jī)作業(yè)保障中心建設(shè)、地面作業(yè)能力建設(shè)、人影作業(yè)指揮業(yè)務(wù)系統(tǒng)建設(shè)等,工程采用的設(shè)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(jī)作業(yè)油耗、建筑用水、建筑耗電、建筑采暖、專業(yè)氣象和信息網(wǎng)絡(luò)設(shè)備能耗等。
按照前面工程能耗分析的計(jì)算方法,項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段東北人影工程年能耗估算量約579.77噸標(biāo)準(zhǔn)煤,其中國(guó)家作業(yè)飛機(jī)作業(yè)能耗為313.45噸標(biāo)準(zhǔn)煤(按照單架飛機(jī)年飛行作業(yè)27架次、每架次作業(yè)5 h預(yù)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(dòng)建設(shè)后,3架國(guó)家作業(yè)飛機(jī)陸續(xù)形成作業(yè)能力,其中,2016年2架新舟60飛機(jī)具備運(yùn)行作業(yè)條件,2018年1架空中國(guó)王350ER具備運(yùn)行作業(yè)條件。根據(jù)2016—2020年東北人影國(guó)家作業(yè)飛機(jī)作業(yè)情況統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),東北4省區(qū)(內(nèi)蒙古、遼寧、吉林和黑龍江)的單架高性能飛機(jī)年均作業(yè)架次(架次)和作業(yè)時(shí)數(shù)(h)如圖1所示。
圖1 2016—2020年東北人影工程單架高性能飛機(jī)年均作業(yè)架次及時(shí)數(shù)統(tǒng)計(jì)圖
引起人影飛機(jī)作業(yè)量波動(dòng)的原因一般有:作業(yè)能力形成時(shí)間、地方投資支持力度、每年區(qū)域氣候變化特征、國(guó)家重大活動(dòng)保障及應(yīng)急減災(zāi)需求等。從圖1可看出,2018年飛機(jī)作業(yè)使用量是歷年作業(yè)量的峰值,主要原因是2018年空中國(guó)王350CER正式交付運(yùn)行后,在該年內(nèi)完成了東北人影工程飛機(jī)作業(yè)能力建設(shè)子項(xiàng)目的全部?jī)?nèi)容,高性能飛機(jī)參與試驗(yàn)示范區(qū)作業(yè)試驗(yàn)和跨區(qū)域應(yīng)急作業(yè)全面鋪開,飛機(jī)作業(yè)業(yè)務(wù)能力基本達(dá)到設(shè)計(jì)理想狀態(tài)。但受近幾年東北經(jīng)濟(jì)發(fā)展遭遇瓶頸、新冠肺炎疫情爆發(fā)及地方政府對(duì)氣象部門投資縮減等因素的影響,東北人影飛機(jī)運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用出現(xiàn)削減,飛機(jī)作業(yè)業(yè)務(wù)能力呈現(xiàn)不飽和狀態(tài),直接影響了2019—2020年飛機(jī)作業(yè)的架次和時(shí)數(shù)。故本文擬采用2018年人影飛機(jī)作業(yè)的理想狀態(tài)作為飛機(jī)實(shí)際作業(yè)量的真值參考,單架國(guó)家作業(yè)飛機(jī)年均作業(yè)架次及時(shí)數(shù)的平均值應(yīng)分別為24架次和4 h(取整計(jì)數(shù))。按照2.1.1節(jié)的計(jì)算方法,東北人影工程的國(guó)家作業(yè)飛機(jī)實(shí)際能耗取為222.90噸標(biāo)準(zhǔn)煤,約為設(shè)計(jì)階段能耗分析值313.45噸標(biāo)準(zhǔn)煤的71%。
根據(jù)上述分析結(jié)果,選取東北人影工程國(guó)家作業(yè)飛機(jī)實(shí)際能耗與設(shè)計(jì)能耗比值0.71,作為區(qū)域人影工程國(guó)家作業(yè)飛機(jī)能耗初始調(diào)整參數(shù),初步預(yù)估西北人影工程國(guó)家作業(yè)飛機(jī)實(shí)際能耗為408.48噸標(biāo)準(zhǔn)煤(575.32×0.71=408.48),項(xiàng)目總能耗降低至583.44噸標(biāo)準(zhǔn)煤(408.48+167.84+7.09+0.035=583.44)。
但西北人影作業(yè)實(shí)際情況仍有別于東北,最終調(diào)整參數(shù)還需在初始調(diào)整參數(shù)基礎(chǔ)上適當(dāng)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(qū)域可作業(yè)面積大于東北,前者為113萬km,后者為40萬km;二是西北區(qū)域氣候特點(diǎn)干旱少雨、風(fēng)大沙多,是典型的干旱半干旱地區(qū),水資源嚴(yán)重短缺,同時(shí),西北地區(qū)還是我國(guó)生態(tài)功能區(qū)最集中的區(qū)域,但生態(tài)環(huán)境問題嚴(yán)峻,導(dǎo)致土地荒漠化、沙化趨勢(shì)尚未根本改變,對(duì)水資源的需求更迫切和旺盛;三是縱觀每年各地方政府對(duì)各省氣象局人影作業(yè)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(jī)作業(yè)架次和時(shí)數(shù)均要比東北多,則西北人影工程的實(shí)際能耗量應(yīng)介于583.44~750.28噸標(biāo)準(zhǔn)煤,約占原能耗分析值的80%~90%。
飛機(jī)作業(yè)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(jié)能措施在《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50189—2015)等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范文件中已有明確規(guī)定,本文主要針對(duì)飛機(jī)作業(yè)節(jié)能措施進(jìn)行詳細(xì)分析。
擬購(gòu)置的新舟60和空中國(guó)王350CER國(guó)家作業(yè)飛機(jī)已按照中國(guó)民航CCAR-25部標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和試飛驗(yàn)證,新舟60動(dòng)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(fā)動(dòng)機(jī),空中國(guó)王350CER為美國(guó)進(jìn)口機(jī)型,動(dòng)力裝置為加拿大普惠公司的PT6A-60A型發(fā)動(dòng)機(jī)渦槳發(fā)動(dòng)機(jī),這兩款飛機(jī)的動(dòng)力裝置均屬于渦槳發(fā)動(dòng)機(jī),具有低燃油消耗、節(jié)能環(huán)保的特點(diǎn)。
通過提高人影作業(yè)條件的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率、制定科學(xué)合理作業(yè)方案、建立節(jié)能宣傳與獎(jiǎng)懲機(jī)制等措施,做好飛機(jī)作業(yè)節(jié)能管理工作。
西北人影工程雖不屬于能源消耗大的工程,但作為我國(guó)區(qū)域人影工程建設(shè)的示范性工程具有一定的代表意義,其節(jié)能評(píng)估分析在工程建設(shè)實(shí)施和運(yùn)行管理方面具有重要參考價(jià)值,如項(xiàng)目運(yùn)行期內(nèi)每年的飛機(jī)托管費(fèi)和作業(yè)運(yùn)行費(fèi)用等項(xiàng)目運(yùn)行維持費(fèi)預(yù)算的確定等。目前,按照事權(quán)和財(cái)權(quán)相統(tǒng)一,“誰受益、誰負(fù)擔(dān)”的原則,西北人影工程飛機(jī)運(yùn)維費(fèi)由飛機(jī)常駐地省級(jí)財(cái)政承擔(dān);日常作業(yè)運(yùn)行費(fèi)用按任務(wù)來源、性質(zhì)和受益區(qū),由相應(yīng)地區(qū)政府財(cái)政分擔(dān)。飛機(jī)作業(yè)產(chǎn)生的飛機(jī)燃油費(fèi)、航線申請(qǐng)費(fèi)、維修保養(yǎng)費(fèi)和飛行人員工資等費(fèi)用是飛機(jī)托管費(fèi)和作業(yè)運(yùn)行費(fèi)用的主要組成部分,飛機(jī)作業(yè)量的預(yù)估對(duì)科學(xué)測(cè)算項(xiàng)目運(yùn)行維持費(fèi)至關(guān)重要。
西北人影工程前期設(shè)計(jì)階段,預(yù)估每架國(guó)家作業(yè)飛機(jī)基本托管費(fèi)用約920萬元/架,作業(yè)經(jīng)費(fèi)600萬元/架。通過上述西北人影工程節(jié)能評(píng)估分析可知,區(qū)域人影工程的飛機(jī)實(shí)際作業(yè)量一般小于項(xiàng)目前期設(shè)計(jì)階段的估算值,假定調(diào)整參數(shù)等于初始調(diào)整參數(shù)0.71,則實(shí)際每架國(guó)家作業(yè)飛機(jī)基本托管費(fèi)用年初預(yù)算應(yīng)下調(diào)200萬左右、作業(yè)經(jīng)費(fèi)下調(diào)100萬左右,以避免因人影作業(yè)飛機(jī)使用頻率估算過高,出現(xiàn)項(xiàng)目運(yùn)行維持費(fèi)預(yù)算編制過高、地方投資執(zhí)行利用率不充分的現(xiàn)象。同時(shí),作為前期借鑒,后續(xù)工程如中部、西南、華北、東南區(qū)域人影工程在進(jìn)行節(jié)能評(píng)估分析和飛機(jī)運(yùn)行維持費(fèi)估算時(shí),都應(yīng)根據(jù)前面已建工程的實(shí)際實(shí)施運(yùn)行情況,做相應(yīng)參數(shù)調(diào)整,使項(xiàng)目前期設(shè)計(jì)階段估算值更貼近實(shí)際情況、減小誤差。
最后,節(jié)能評(píng)估是固定資產(chǎn)投資項(xiàng)目的重要前置條件之一,應(yīng)繼續(xù)深化氣象工程項(xiàng)目節(jié)能評(píng)估分析,適應(yīng)國(guó)家和氣象發(fā)展要求,真正做到從源頭節(jié)能降耗,通過制定合理的節(jié)能措施,如:遴選燃油消耗率更低的國(guó)產(chǎn)高性能飛機(jī)、選配更加高效節(jié)能的專業(yè)氣象設(shè)備和通用電子設(shè)備、實(shí)施更為優(yōu)化的建筑節(jié)能方案等,提高人工影響天氣工程項(xiàng)目能耗利用效率,降低能源消耗,促進(jìn)我國(guó)區(qū)域人影工程綠色健康發(fā)展。
深入閱讀
姜過水, 2015. 淺論對(duì)固定資產(chǎn)投資項(xiàng)目的節(jié)能評(píng)估. 能源與節(jié)能,(12): 81-82.
李旭, 谷笑楠, 2019. 前進(jìn)中的吉林人影. 氣象科技進(jìn)展, 9(6): 78-79.
李旭, 王超群, 2019. 東北區(qū)域人工影響天氣中心進(jìn)展. 氣象科技進(jìn)展, 9(6): 80-81.
譚娟, 2016. 氣象工程咨詢前期階段的設(shè)備方案與節(jié)能管理的關(guān)系.中國(guó)工程咨詢, (8): 71-72.
譚娟, 2016. 淺談氣象投資項(xiàng)目節(jié)能評(píng)估. 中國(guó)工程咨詢, (1): 67-69.
趙鋼, 2010. 人工影響天氣在氣象防災(zāi)減災(zāi)中的作用及發(fā)展建議. 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技, (14): 268-269.
Advances in Meteorological Science and Technology2021年5期