既有大型机场飞行区充电基础设施建设探讨

钟世权， 江 义， 周晓炜， 陈嘉麟

(1. 广东省建筑设计研究院有限公司，广州 510010；2. 广州白云国际机场股份有限公司动力保障分公司，广州 510405)

0 引言

为了实现“碳达峰、碳中和”的国家重大战略目标，落实国家、民航局的节能减排政策，更好服务机场飞行区的地面保障，“油改电”工作持续推进，飞行区电动汽车数量也随之快速增加。 既有机坪规划与供电系统的构架中，在保障机场航站楼供电系统高可靠性的前提下，如何科学建设安全、高效的电动汽车充电基础设施，是目前国内各大机场面临的重大课题。

机场飞行区包括跑道、升降带、跑道端安全区、滑行道、机坪以及机场周边对障碍物有限制要求的区域。 大型机场飞行区(下简称“场内”)占地面积广，属于机场严格管控的禁区。 为保障飞行区业务正常运转，场内需配备大量的民航特种车辆及管理维护的通用车辆。 根据民航局印发的《民航贯彻落实＜打赢蓝天保卫战三年行动计划＞工作方案》要求，推广使用新能源设备和车辆，协同减少场内噪音和排放。 因此配套建设完善的场内电动汽车充电基础设施服务体系已刻不容缓。

场内的布局与规划无论平面还是空间都有严密的标准，且所有设施、设备都必须严格按规划与事前制订的规则运行。 既有大型机场飞行区场内建设充电基础设施将面临充电桩设置规划、电力保障、防火安全、运行效率等难题。 本文将以华南某国际机场场内充电基础设施建设为例，探讨解决相关技术难题。

1 项目背景与分析

华南某国际机场是国内三大航空枢纽之一，占地18 km2，有两座航站楼、三条跑道，飞行区等级为4F 标准，标准机位269 个(含FBO)。 2019 年旅客吞吐量突破7 300 万人次、航班起降近50 万架次、货邮吞吐量超190 万t。

(1)场内车辆信息

为满足场内的旅客服务、航空器保障、场道保障与应急救援等需求，需配备旅客摆渡车、客梯车、行李拖车、飞机牵引车等近20 种民航特种车辆与贵宾摆渡车、安监用车、安保巡逻车、后勤用车等多种通用车辆。 截至2020 年底，共配有各种民航车辆共3 283 台，车辆类型共计172 种，涉及73 个驻场单位(公司)。 其中电动车涉及81 个品牌，共507 台，占比为15.4%。 由于场内民航电动车电池与充电接口等没有统一的国家标准，各种车辆电池与充电接口差异很大:具有胶体铅酸电池、锂电池、锂离子电池、三元锂电池等10 多种电池，电池容量覆盖40～400 kWh，电池标称电压最低为80V，最高电压为580V；充电接口具有交流充与直流充并存、单枪充与双枪充并存、国标与非国标并存等特殊性。 因此，在充电设施布局时需采用能兼容所有充电需求的充电设备。

(2)车辆运行与使用

在场内的正常运营中，各种车辆每日的工作任务相对固定，根据航班架次发车次数有所不同。 笔者所在设计团队统计了主要的几类特种车辆用车情况(具体详表1)，发现不同类型的车辆日均行驶里程变化较大，最低约3.2 km，最高约130 km。

表1 场内主要特种车辆用车统计表

场内司机工作模式一般为三班制，但由于各驻场单位工作的内容、方式、区域各有不同，因此交接班的时间也不一致。 在车辆交接时，接班司机要先对车辆进行外观与安全检查，电动车检查项目包括行驶里程、电池剩余电量等，确认过后填写工作日志完成交接。 为了更好了解场内电动车辆的使用情况，对属地航空公司现有114 辆电动车使用情况进行统计，剔除5 辆日均里程少于0.1 km 的叉车外，截止2021 年3 月底，该单位109 辆电动汽车日均里程约为16.7 km/天，统计分布情况如图1 所示，其中最高为79.7 km/天，最低为0.7 km/天。 正常使用的电动汽车每周充电2～4 次，部分车辆每天充1 次。

图1 属地航空公司场内电动汽车车辆日均里程统计数据

(3)车位与电力资源

场内停车位大多按区域设置在航站楼外墙服务车道两侧，少量设置在远机位处，每个区域停车位有几个到十几个不等。 由于场内车位资源相对紧缺且管理规范，每个区域的车位均严格控制可停放部门车辆及车型。 由于场内没有额外的土地资源，充电基础设施只能在原有规划车位上建设。 同时在相关布局时应充分考虑不同驻场单位、不同类型的停放需求。

尽管充电基础设施设置的位置制约条件已经很苛刻，但配套的电力资源更难解决。 调研发现飞行区内不具备加建、扩建变电站的条件。 因此，根据车位的平面布局，就近利用接有大量间歇性运行大功率桥载设备(如飞机用空调、400 Hz 电源)且运行负载率峰值接近甚至超过设计值上限的航站楼指廊区域10/0.4kV 变电站低压系统提供电力是最好的选择。 飞行区停车位及航站楼主要10/0.4kV变电站分布图详见图2。

图2 飞行区停车位及航站楼主要10/0.4kV变电站分布图

2 首期充电设施设置与供电设计

为保障场内车辆正常生产、满足电动汽车的充电需求，按照“需求为主，满足政策”的原则，首期先行建设62 个直流充电终端。 根据车位布局与电力资源、车辆电池容量等条件，本期充电基础设施采用“群充堆”的方案。 本期共设置11 个充电站，每个充电站按一拖四或一拖六组合配置“群充堆”；群充堆选用15kW 的电源模块组合，每个终端输出功率最大90kW、最小15kW，每组群充堆总功率按135kW 与150kW 两种选型，且后期可根据需求通过增加电源模块的方式最大升级至180kW。 充电堆采用支持50～750V 宽电压输出设备，并且在各充电终端上配备接口转换附件，满足飞行区各种电动汽车的充电需求。 另外在每一区域车位建一个交流充电终端，用于车辆定期进行电池均衡充电。 场内充电站具体设置部位及配置方式详表2。

表2 场内充电站设置汇总表

每组充电堆从楼内附近10/0.4kV 变电站低压系统引出一回路0.4kV 电源，且每台变压器只接一组充电堆。 为了保障楼内其他重要设备的供电可靠性、避免变压器过载运行，在变压器低压总进线处增设电流检测装置，并设置电力调度系统，当变压器负载超过保障运行限值时，自动降低对应充电设施的输出功率，实现电力负荷调度。

3 配套监控系统

(1)电力设施与智能交通综合调度系统

为了解决场内电动汽车充电需求与楼内电力余量不足的矛盾，建设了电力设施与智能交通综合调度系统，通过实时检测航站楼供电系统负载情况、场内充电设施使用状态以及车辆定位与充电需求等信息，通过车辆调度与电力负荷和充电设施输出调度实现智能调度充电服务，充分利用场内现有电力容量，最大化提高充电基础设施利用率，实现错峰充电、有序充电的目标。

调研中了解到地勤公司原有车辆调度系统，实现车辆的定位与运营调度等功能。 经各方研究比选，将原有车辆调度系统和充电系统的充电系统云平台打通配合实现通信。 车辆调度系统基于物联网、云计算、移动互联网和大数据技术，打造充电网、车联网、互联网“三网融合”的云端平台。 采集车辆数据后传递给充电云，由充电云根据供电系统的负荷情况、充电设施的充电计划和车辆的充电需求生成各个车辆的实时充电计划，并将充电调度信息传递给地勤公司数据网，通过地勤的车载终端来给司机下发指令，完成车辆充电计划，实现可视化、智能调度充电，为用户提供更经济、安全、智能的充电服务。 如图3 所示。

图3 智能交通综合调度调度原理

(2)安全监控系统

在每个充电站内设置了视频监控及火灾预警系统，利用热成像、火焰检测等技术自动监视充电设施与现场情况，发生火情能够第一时间报警。 监控系统后台与监控席位设置在机场AOC 大厅，当坐席人员收到系统或电话报警后，立即通知机场消防、运维班组、区域管理单位和相关部门进行应急处置。 为提升处置效率，还为区域管理单位预留了视频接入端口；同时，充电桩有应急联系方式，现场人员发现火情，可第一时间拨打应急电话，工作人员也将立即响应，尽快消除隐患。

为防止电动汽车充电起火事故发生，系统设置设备保护与大数据防护两层保护。 第一层为“设备保护层”，当充电过程中出现电池异常、温度过高、电池过充等情况时，系统会主动防护终止汽车充电，防止事故发生。 第二层为“大数据防护层”，通过云平台及大数据技术，记录车辆每一次充电产生的数据，并与同款车型的数据进行比对，当计算分析的数据出现异常时，系统发出报警甚至终止充电，从而保护用户充电的安全。 系统还对车辆电量剩余电量(SOC)进行限制，当电量达到90%时自动停止充电，进一步提升充电安全系数。 此外，针对车辆充电产生的数据系统定期提供安全防护检测分析报告，分析主动防护数、防护比例、问题车辆、综合结论等信息，为用户提供安全、可靠的参考数据。

(3)计费系统

平台为每个驻场单位建立充电账户，并将用户属下的相关车辆录入系统，车辆充电实现“即插即用”，每次充电发送简报给当班司机，每月分车辆自动生成充电量与费用报表进行结算，避免每次充电的刷卡、扫码等繁琐流程，提升用户体验性。

4 结束语

本项目飞行区场内电动汽车充电基础设施首期工程于2020 年下半年建成并陆续投用，电力设施与智能交通综合调度系统也于今年6 月初建成上线，目前设备与系统运行正常。 本项目的建成为既有大型机场提供高效、集约式发展的场内电动汽车充电基础设施建设提供案例范本。 同时，随着场内电动汽车增加，充电需求将不断增长，由此产生的充电基础设施建设需求与方案、场内电力供需矛盾与充电安全问题必将更加突出。 本文旨在抛砖引玉，期待更多同行共同探索相关建设方案与技术措施，共建绿色、安全、可靠、高效、智慧的场内电动汽车充电基础设施，为实现“双碳”目标贡献民航力量。