青岛胶东国际机场机坪高杆灯照明系统节能减排方案

安志成, 王玉龙

(青岛国际机场集团有限公司, 山东 青岛 266300)

0 引 言

2021年初,在第75届联合国大会上,中国提出“碳达峰、碳中和”的工作目标,力争通过对碳排放量的有效控制,旨在创造一个低碳美丽且可持续发展的生态环境。本文针对青岛胶东国际机场当前航班运行情况和夜间对机坪机位的使用情况,对机坪高杆灯照明系统的运行做了系统性的分析和研究。

1 胶东机场机坪高杆灯运行现状

胶东机场飞行区站坪共136基高杆灯,按照光纤路由分为12个环网片区,高杆灯灯盘配置类型有9 kW+0.8 kW、12 kW+0.8 kW、2×9 kW、12 kW 4种,每基高杆灯灯盘配有2个发恒定红色光的LED障碍灯;自2021年8月12日胶东机场正式通航运行以来,全场高杆灯按照时控功能定时开关灯,执行运行模式为全夜灯模式。在当前航班量少、疫情防控工作需要的情况下,部分机位未使用或使用频次极低,因此根据实际运行现状对资源的合理化配置尤为重要。

胶东机场飞行区是以指廊近机位为中心,货机坪、除冰坪、远机位等分散分布,136基高杆灯分布在机坪范围的八个机坪分区。

胶东机场站坪高杆灯分布情况如图1所示。

图1 胶东机场站坪高杆灯分布情况

站坪高杆灯灯具类型及数量如表1所示。

表1 站坪高杆灯灯具类型及数量

2 通过优化机位照明配置研究节能模式

胶东机场高杆灯照明系统可实现对每一基高杆灯分模式控制,即全夜灯、半夜灯1、半夜灯2和道路照明模式,因此对于不使用或使用频次较低的机位在不影响相邻机位照明条件的情况下,可动态调整高杆灯运行模式,从原来的全夜灯模式调整为半夜灯或道路照明模式,以达到节能减排的目标,并以此确定当前情况下全场高杆灯基本使用原则[1-3]。

使用原则:计划未使用的机位,可不开启高杆灯,部分重要区域高杆灯服务车道侧需提供道路照明,临时有机位调整及时开启高杆灯保证照明。

2.1 近机位(1#机坪)

近机位区域主要包括航站楼5个指廊(A、B、C、D、E)。每个指廊代表1个环网片区。近机位高杆灯配置如表2所示。

表2 近机位高杆灯配置

目前胶东机场廊桥机位71个,其中国内廊桥57个和国际廊桥8个,可转换机位6个,其中国际廊桥和转换机位均在C指廊,当前主用廊桥为国内廊桥,靠桥率达到98.4%。因此,国内廊桥机位的高杆灯须在夜间保持长期开启;C指廊为国际航班专用区域,当前国际疫情形势严峻,大部分机位长期未使用,因此可调整大部分机位的运行模式为仅开启道路照明;其中130、131、132机位只停靠国际航班,且每日夜间均有航班停靠,需保持机位长期照明;141、142、143为可转换机位,零星使用,可临时关闭机位照明,与机位使用部门沟通后动态调整。

C指廊未开启高杆灯配置如表3所示。

表3 C指廊未开启高杆灯配置

由表2、表3得,1#机坪高杆灯每小时可节省照明功耗S1=159 kWh。

2.2 远机位区域(4#机坪)

远机位区域包含西北远机位和东北远机位两个环网片区共计18基高杆灯。

远机位高杆灯配置统计如表4所示。

表4 远机位高杆灯配置统计

通过调研,远机位现使用机位为靠近指廊区域的401～412共12个机位,其余远机位无特殊情况基本不使用,401～412有8基高杆灯,由于远机位区域服务车道使用较少,可关闭425～439机位共10基高杆灯,根据航班动态调整。

因此,4#机坪每小时可节省照明功耗S2=98 kWh(425～439机位10基高杆灯均为9.8 kW类型的灯盘配置)。

2.3 除冰坪区域

除冰坪区域高杆灯配置如表5所示。

表5 除冰坪区域高杆灯配置

目前,飞机除冰除霜工作多集中于1#除冰坪,但仅在霜、雪天使用,且公务机坪使用极少,因此除冰坪区域可仅保持半夜灯照明模式,公务机坪4基高杆灯可以关闭,4#除冰坪605机位为隔离机位,可关闭高杆灯。

根据表5可得,除冰坪及公务机坪每小时可节省功耗S3=72 kWh。此区域中仅有12 kW一种灯盘类型。

2.4 货机坪区域

货机坪区域包括国际货机坪和北货机坪,当前货运吞吐量较大,货机位使用频次高,夜间过夜航班多,机位内需保持长时间照明,夜间高杆灯保持全夜灯模式持续开启。

货机坪高杆灯配置如表6所示。

表6 货机坪高杆灯配置

综上所述,在满足基本使用需求的情况下,胶东机场机坪高杆灯照明系统可通过合理配置高杆灯照明需求达到节能减排的目的。

3 通过优化时控启闭时间探讨节能模式

规范要求机坪泛光照明应能对机坪区域提供足够的照明。当前高杆灯采用时控模式,一般情况下,根据当地日出日落时间设定策略进行开关操作。因高杆灯电网回路特性,一般全场开启后5～10 min才能达到稳定状态,因此日落前10 min需要开启全场高杆灯。特殊天气如大雾、暴雪等低能见度情况临时开启,保证站坪照度。

当前时控时间选定是根据日出日落时间、照度要求而定的,通过选取4个港湾机位进行照度测试,以2021年11月30日(开灯时间时间16∶40)测试为例,机位照度测试情况如表7所示。

表7 机位照度测试情况

测试时间即为开灯时间,此刻全场高杆灯尚未开启,且根据表7中的测试结果,此时机位照度满足MH 5001—2021《民用机场飞行区技术标准》,即水平照度和垂直照度均达到20 lx以上。因此当前时控模式及开灯时间满足运行需求且做到精准把控。

因季节变化,日出日落时间随之改变,通过前期统计分析,青岛地区日出、日落时间均为每3天变化1 min,为精确管控,将高杆灯照明控制系统中的策略调整频率由原来的每月1次改为每周调整1次,确保在按时开启的情况下,可得出每月减少因日出日落时间变化的损耗功率S4。

按照每月调整一次开关灯策略,每月开灯与关灯可节省时间t1=110 min,开灯时间与关灯时间的节省时间相同。按照每周调整一次开关灯策略,每月开灯与关灯可节省时间t2=24 min,开灯时间与关灯时间的节省时间相同。因此每月减少因日出日落时间变化的损耗S4=1 712.6 kWh。

4 能耗分析

4.1 未调整前能耗计算

夏至日高杆灯开启时间最短,约为10 h,冬至日高杆灯开启时间最长,约为14 h。以全年平均每日开启全场高杆灯运行时间为12 h计算,所有站坪136基高杆灯全年用电量为6 689 136 kWh。

4.2 采用节能方案后的能耗计算

采用节能方案后全年节约用电量1 461 571 kWh。

4.3 节能效果分析

4.3.1 经济效益

通过初步计算,节能占比为22%。另外,节能方案中37基高杆灯共有光源380盏,通过节能管控,大幅减少开启运行时间,光源损坏量大幅降低。

每盏光源的平均寿命为18 000 h;按照节能方案执行后,每盏光源每日减少12 h运行,380盏光源每年减少运行时间T=1 641 600 h。

因此,每年可减少光源损耗为T/18 000,约为91个光源;每个光源价格约为400元,每年可节约开支约3.6万元。

通过节约开支和降低能耗开支,胶东机场高杆灯照明系统可实现年度节约费用共计约为105万元(电费按照0.7元/kWh计算)。

4.3.2 环境效益

国家发改委提供的数据是火电厂平均每千瓦时供电煤耗由2000年的392 g标准煤降到360 g标准煤,2020年达到320 g标准煤。即1 kg标准煤可发电3 kWh左右。按照节能方案,胶东机场站坪高杆灯一年可节约煤耗487 190 kg。

工业锅炉每燃烧一吨标准煤,就产生二氧化碳2 620 kg,二氧化硫8.5 kg,氮氧化物7.4 kg。因此燃煤锅炉排放废气成为大气主要污染源之一,根据煤耗计算出二氧化碳排放量为1 276 439 kg。

根据当前节能方案一年可减少约1 276 t二氧化碳的排放。

5 结 语

自胶东机场开航以来,站坪高杆灯照明系统总体运行平稳,按照目前的节能方案运行后,未对航班正常运行产生影响,且在节能减排方面带来了良好效果。

下一步,将通过深入研究及技术改造,将高杆灯照明系统与航显系统融合,根据航显系统中航班入位前和推出后的时间在高杆灯照明系统中科学有效地控制高杆灯的开关,进一步做到对每一基高杆灯运行状态的精准把控。