青島膠東國際機(jī)場(chǎng)機(jī)坪高桿燈照明系統(tǒng)節(jié)能減排方案

安志成, 王玉龍

(青島國際機(jī)場(chǎng)集團(tuán)有限公司, 山東 青島 266300)

0 引 言

2021年初,在第75屆聯(lián)合國大會(huì)上,中國提出“碳達(dá)峰、碳中和”的工作目標(biāo),力爭(zhēng)通過對(duì)碳排放量的有效控制,旨在創(chuàng)造一個(gè)低碳美麗且可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)環(huán)境。本文針對(duì)青島膠東國際機(jī)場(chǎng)當(dāng)前航班運(yùn)行情況和夜間對(duì)機(jī)坪機(jī)位的使用情況,對(duì)機(jī)坪高桿燈照明系統(tǒng)的運(yùn)行做了系統(tǒng)性的分析和研究。

1 膠東機(jī)場(chǎng)機(jī)坪高桿燈運(yùn)行現(xiàn)狀

膠東機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)站坪共136基高桿燈,按照光纖路由分為12個(gè)環(huán)網(wǎng)片區(qū),高桿燈燈盤配置類型有9 kW+0.8 kW、12 kW+0.8 kW、2×9 kW、12 kW 4種,每基高桿燈燈盤配有2個(gè)發(fā)恒定紅色光的LED障礙燈;自2021年8月12日膠東機(jī)場(chǎng)正式通航運(yùn)行以來,全場(chǎng)高桿燈按照時(shí)控功能定時(shí)開關(guān)燈,執(zhí)行運(yùn)行模式為全夜燈模式。在當(dāng)前航班量少、疫情防控工作需要的情況下,部分機(jī)位未使用或使用頻次極低,因此根據(jù)實(shí)際運(yùn)行現(xiàn)狀對(duì)資源的合理化配置尤為重要。

膠東機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)是以指廊近機(jī)位為中心,貨機(jī)坪、除冰坪、遠(yuǎn)機(jī)位等分散分布,136基高桿燈分布在機(jī)坪范圍的八個(gè)機(jī)坪分區(qū)。

膠東機(jī)場(chǎng)站坪高桿燈分布情況如圖1所示。

圖1 膠東機(jī)場(chǎng)站坪高桿燈分布情況

站坪高桿燈燈具類型及數(shù)量如表1所示。

表1 站坪高桿燈燈具類型及數(shù)量

2 通過優(yōu)化機(jī)位照明配置研究節(jié)能模式

膠東機(jī)場(chǎng)高桿燈照明系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)每一基高桿燈分模式控制,即全夜燈、半夜燈1、半夜燈2和道路照明模式,因此對(duì)于不使用或使用頻次較低的機(jī)位在不影響相鄰機(jī)位照明條件的情況下,可動(dòng)態(tài)調(diào)整高桿燈運(yùn)行模式,從原來的全夜燈模式調(diào)整為半夜燈或道路照明模式,以達(dá)到節(jié)能減排的目標(biāo),并以此確定當(dāng)前情況下全場(chǎng)高桿燈基本使用原則[1-3]。

使用原則:計(jì)劃未使用的機(jī)位,可不開啟高桿燈,部分重要區(qū)域高桿燈服務(wù)車道側(cè)需提供道路照明,臨時(shí)有機(jī)位調(diào)整及時(shí)開啟高桿燈保證照明。

2.1 近機(jī)位(1#機(jī)坪)

近機(jī)位區(qū)域主要包括航站樓5個(gè)指廊(A、B、C、D、E)。每個(gè)指廊代表1個(gè)環(huán)網(wǎng)片區(qū)。近機(jī)位高桿燈配置如表2所示。

表2 近機(jī)位高桿燈配置

目前膠東機(jī)場(chǎng)廊橋機(jī)位71個(gè),其中國內(nèi)廊橋57個(gè)和國際廊橋8個(gè),可轉(zhuǎn)換機(jī)位6個(gè),其中國際廊橋和轉(zhuǎn)換機(jī)位均在C指廊,當(dāng)前主用廊橋?yàn)閲鴥?nèi)廊橋,靠橋率達(dá)到98.4%。因此,國內(nèi)廊橋機(jī)位的高桿燈須在夜間保持長(zhǎng)期開啟;C指廊為國際航班專用區(qū)域,當(dāng)前國際疫情形勢(shì)嚴(yán)峻,大部分機(jī)位長(zhǎng)期未使用,因此可調(diào)整大部分機(jī)位的運(yùn)行模式為僅開啟道路照明;其中130、131、132機(jī)位只?？繃H航班,且每日夜間均有航班停靠,需保持機(jī)位長(zhǎng)期照明;141、142、143為可轉(zhuǎn)換機(jī)位,零星使用,可臨時(shí)關(guān)閉機(jī)位照明,與機(jī)位使用部門溝通后動(dòng)態(tài)調(diào)整。

C指廊未開啟高桿燈配置如表3所示。

表3 C指廊未開啟高桿燈配置

由表2、表3得,1#機(jī)坪高桿燈每小時(shí)可節(jié)省照明功耗S1=159 kWh。

2.2 遠(yuǎn)機(jī)位區(qū)域(4#機(jī)坪)

遠(yuǎn)機(jī)位區(qū)域包含西北遠(yuǎn)機(jī)位和東北遠(yuǎn)機(jī)位兩個(gè)環(huán)網(wǎng)片區(qū)共計(jì)18基高桿燈。

遠(yuǎn)機(jī)位高桿燈配置統(tǒng)計(jì)如表4所示。

表4 遠(yuǎn)機(jī)位高桿燈配置統(tǒng)計(jì)

通過調(diào)研,遠(yuǎn)機(jī)位現(xiàn)使用機(jī)位為靠近指廊區(qū)域的401～412共12個(gè)機(jī)位,其余遠(yuǎn)機(jī)位無特殊情況基本不使用,401～412有8基高桿燈,由于遠(yuǎn)機(jī)位區(qū)域服務(wù)車道使用較少,可關(guān)閉425～439機(jī)位共10基高桿燈,根據(jù)航班動(dòng)態(tài)調(diào)整。

因此,4#機(jī)坪每小時(shí)可節(jié)省照明功耗S2=98 kWh(425～439機(jī)位10基高桿燈均為9.8 kW類型的燈盤配置)。

2.3 除冰坪區(qū)域

除冰坪區(qū)域高桿燈配置如表5所示。

表5 除冰坪區(qū)域高桿燈配置

目前,飛機(jī)除冰除霜工作多集中于1#除冰坪,但僅在霜、雪天使用,且公務(wù)機(jī)坪使用極少,因此除冰坪區(qū)域可僅保持半夜燈照明模式,公務(wù)機(jī)坪4基高桿燈可以關(guān)閉,4#除冰坪605機(jī)位為隔離機(jī)位,可關(guān)閉高桿燈。

根據(jù)表5可得,除冰坪及公務(wù)機(jī)坪每小時(shí)可節(jié)省功耗S3=72 kWh。此區(qū)域中僅有12 kW一種燈盤類型。

2.4 貨機(jī)坪區(qū)域

貨機(jī)坪區(qū)域包括國際貨機(jī)坪和北貨機(jī)坪,當(dāng)前貨運(yùn)吞吐量較大,貨機(jī)位使用頻次高,夜間過夜航班多,機(jī)位內(nèi)需保持長(zhǎng)時(shí)間照明,夜間高桿燈保持全夜燈模式持續(xù)開啟。

貨機(jī)坪高桿燈配置如表6所示。

表6 貨機(jī)坪高桿燈配置

綜上所述,在滿足基本使用需求的情況下,膠東機(jī)場(chǎng)機(jī)坪高桿燈照明系統(tǒng)可通過合理配置高桿燈照明需求達(dá)到節(jié)能減排的目的。

3 通過優(yōu)化時(shí)控啟閉時(shí)間探討節(jié)能模式

規(guī)范要求機(jī)坪泛光照明應(yīng)能對(duì)機(jī)坪區(qū)域提供足夠的照明。當(dāng)前高桿燈采用時(shí)控模式,一般情況下,根據(jù)當(dāng)?shù)厝粘鋈章鋾r(shí)間設(shè)定策略進(jìn)行開關(guān)操作。因高桿燈電網(wǎng)回路特性,一般全場(chǎng)開啟后5～10 min才能達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài),因此日落前10 min需要開啟全場(chǎng)高桿燈。特殊天氣如大霧、暴雪等低能見度情況臨時(shí)開啟,保證站坪照度。

當(dāng)前時(shí)控時(shí)間選定是根據(jù)日出日落時(shí)間、照度要求而定的,通過選取4個(gè)港灣機(jī)位進(jìn)行照度測(cè)試,以2021年11月30日(開燈時(shí)間時(shí)間16∶40)測(cè)試為例,機(jī)位照度測(cè)試情況如表7所示。

表7 機(jī)位照度測(cè)試情況

測(cè)試時(shí)間即為開燈時(shí)間,此刻全場(chǎng)高桿燈尚未開啟,且根據(jù)表7中的測(cè)試結(jié)果,此時(shí)機(jī)位照度滿足MH 5001—2021《民用機(jī)場(chǎng)飛行區(qū)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》,即水平照度和垂直照度均達(dá)到20 lx以上。因此當(dāng)前時(shí)控模式及開燈時(shí)間滿足運(yùn)行需求且做到精準(zhǔn)把控。

因季節(jié)變化,日出日落時(shí)間隨之改變,通過前期統(tǒng)計(jì)分析,青島地區(qū)日出、日落時(shí)間均為每3天變化1 min,為精確管控,將高桿燈照明控制系統(tǒng)中的策略調(diào)整頻率由原來的每月1次改為每周調(diào)整1次,確保在按時(shí)開啟的情況下,可得出每月減少因日出日落時(shí)間變化的損耗功率S4。

按照每月調(diào)整一次開關(guān)燈策略,每月開燈與關(guān)燈可節(jié)省時(shí)間t1=110 min,開燈時(shí)間與關(guān)燈時(shí)間的節(jié)省時(shí)間相同。按照每周調(diào)整一次開關(guān)燈策略,每月開燈與關(guān)燈可節(jié)省時(shí)間t2=24 min,開燈時(shí)間與關(guān)燈時(shí)間的節(jié)省時(shí)間相同。因此每月減少因日出日落時(shí)間變化的損耗S4=1 712.6 kWh。

4 能耗分析

4.1 未調(diào)整前能耗計(jì)算

夏至日高桿燈開啟時(shí)間最短,約為10 h,冬至日高桿燈開啟時(shí)間最長(zhǎng),約為14 h。以全年平均每日開啟全場(chǎng)高桿燈運(yùn)行時(shí)間為12 h計(jì)算,所有站坪136基高桿燈全年用電量為6 689 136 kWh。

4.2 采用節(jié)能方案后的能耗計(jì)算

采用節(jié)能方案后全年節(jié)約用電量1 461 571 kWh。

4.3 節(jié)能效果分析

4.3.1 經(jīng)濟(jì)效益

通過初步計(jì)算,節(jié)能占比為22%。另外,節(jié)能方案中37基高桿燈共有光源380盞,通過節(jié)能管控,大幅減少開啟運(yùn)行時(shí)間,光源損壞量大幅降低。

每盞光源的平均壽命為18 000 h;按照節(jié)能方案執(zhí)行后,每盞光源每日減少12 h運(yùn)行,380盞光源每年減少運(yùn)行時(shí)間T=1 641 600 h。

因此,每年可減少光源損耗為T/18 000,約為91個(gè)光源;每個(gè)光源價(jià)格約為400元,每年可節(jié)約開支約3.6萬元。

通過節(jié)約開支和降低能耗開支,膠東機(jī)場(chǎng)高桿燈照明系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)年度節(jié)約費(fèi)用共計(jì)約為105萬元(電費(fèi)按照0.7元/kWh計(jì)算)。

4.3.2 環(huán)境效益

國家發(fā)改委提供的數(shù)據(jù)是火電廠平均每千瓦時(shí)供電煤耗由2000年的392 g標(biāo)準(zhǔn)煤降到360 g標(biāo)準(zhǔn)煤,2020年達(dá)到320 g標(biāo)準(zhǔn)煤。即1 kg標(biāo)準(zhǔn)煤可發(fā)電3 kWh左右。按照節(jié)能方案,膠東機(jī)場(chǎng)站坪高桿燈一年可節(jié)約煤耗487 190 kg。

工業(yè)鍋爐每燃燒一噸標(biāo)準(zhǔn)煤,就產(chǎn)生二氧化碳2 620 kg,二氧化硫8.5 kg,氮氧化物7.4 kg。因此燃煤鍋爐排放廢氣成為大氣主要污染源之一,根據(jù)煤耗計(jì)算出二氧化碳排放量為1 276 439 kg。

根據(jù)當(dāng)前節(jié)能方案一年可減少約1 276 t二氧化碳的排放。

5 結(jié) 語

自膠東機(jī)場(chǎng)開航以來,站坪高桿燈照明系統(tǒng)總體運(yùn)行平穩(wěn),按照目前的節(jié)能方案運(yùn)行后,未對(duì)航班正常運(yùn)行產(chǎn)生影響,且在節(jié)能減排方面帶來了良好效果。

下一步,將通過深入研究及技術(shù)改造,將高桿燈照明系統(tǒng)與航顯系統(tǒng)融合,根據(jù)航顯系統(tǒng)中航班入位前和推出后的時(shí)間在高桿燈照明系統(tǒng)中科學(xué)有效地控制高桿燈的開關(guān),進(jìn)一步做到對(duì)每一基高桿燈運(yùn)行狀態(tài)的精準(zhǔn)把控。