史 曾 淵

(華東建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司, 上海 200092)

0 引 言

據(jù)中國(guó)民用航空局統(tǒng)計(jì),截止2021年,我國(guó)通用機(jī)場(chǎng)數(shù)量約為370個(gè)。全行業(yè)完成運(yùn)輸總周轉(zhuǎn)量856.75億噸公里,全行業(yè)完成旅客運(yùn)輸量44 055.74萬(wàn)人次[1]。建筑能耗約占總能耗的25%,伴隨著新型城鎮(zhèn)化的快速推進(jìn),該比例不斷提升,民用機(jī)場(chǎng)無(wú)論是在建設(shè)階段還是運(yùn)行階段都是建筑能耗中的用能大戶(hù),是公共建筑節(jié)能的重中之重[2]。

2018年民航開(kāi)展“打贏藍(lán)天保衛(wèi)戰(zhàn)”,各個(gè)機(jī)場(chǎng)大力開(kāi)展并推進(jìn)各項(xiàng)能源的清潔化[3],能源類(lèi)型由以前的水、電、燃油、天然氣逐步發(fā)展為集太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮芤约俺毕艿榷喾N可再生能源的綜合能源系統(tǒng)[4-5],由于可再生能源在時(shí)間和地域等方面差異性,如何將多種能源有效結(jié)合,建立并實(shí)現(xiàn)全面高效的用能監(jiān)管和用能調(diào)動(dòng)系統(tǒng)顯得尤為重要[6]。

為提高我國(guó)民用機(jī)場(chǎng)能源管理系統(tǒng)在建設(shè)、實(shí)施以及運(yùn)行全過(guò)程中的節(jié)能化、信息化、智能化以及航站樓的綠色運(yùn)行,中國(guó)民航局主持編制并發(fā)布MH/T 5043—2019《民用機(jī)場(chǎng)智慧能源管理系統(tǒng)建設(shè)指南》(簡(jiǎn)稱(chēng)《指南》)[7],并于2020年2月1日開(kāi)始在全國(guó)范圍內(nèi)民用以及軍民合用機(jī)場(chǎng)能源管理系統(tǒng)的新建以及改擴(kuò)建中實(shí)施。

1 《指南》內(nèi)容簡(jiǎn)介

《指南》分別從建設(shè)總則、術(shù)語(yǔ)、總體規(guī)劃、系統(tǒng)架構(gòu)、監(jiān)控系統(tǒng)、管控平臺(tái)、系統(tǒng)安全、一體化管理以及系統(tǒng)運(yùn)行效果評(píng)價(jià)9個(gè)章節(jié)對(duì)智慧能源管理系統(tǒng)做了規(guī)定,主要內(nèi)容如下:

(1) 介紹了該《指南》的編制背景、適用范圍、設(shè)計(jì)、管理運(yùn)行要求以及對(duì)相關(guān)專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)進(jìn)行解讀;

(2) 針對(duì)《指南》中的特定術(shù)語(yǔ)進(jìn)行解釋;

(3) 基于航站樓年旅客吞吐量將航站樓劃分為A、B、C、D 4個(gè)等級(jí)并根據(jù)不同的等級(jí)分類(lèi)給出了智慧能源管理系統(tǒng)實(shí)施的要求以及系統(tǒng)架構(gòu),如圖1所示。

圖1 機(jī)場(chǎng)智慧能源管理系統(tǒng)總體架構(gòu)

(4) 通過(guò)對(duì)機(jī)場(chǎng)能源需求和資源分析,分別從供能和用能系統(tǒng)兩方面明確了該系統(tǒng)的配置需求;

(5) 從儀器儀表的選型、系統(tǒng)配置以及通信方式等方面規(guī)定了智慧能源管理系統(tǒng)的實(shí)施要求;

(6) 基于上述建設(shè)需求,詳細(xì)規(guī)定了該平臺(tái)的功能及安全要求;

(7) 最后,給出了該系統(tǒng)運(yùn)行評(píng)價(jià)指標(biāo)及評(píng)價(jià)等級(jí)。

2 機(jī)場(chǎng)現(xiàn)狀調(diào)研及問(wèn)題分析

2.1 能源系統(tǒng)組成

前期對(duì)我國(guó)大型樞紐國(guó)際機(jī)場(chǎng)能源進(jìn)行調(diào)研,國(guó)內(nèi)大型機(jī)場(chǎng)概況如表1所示。

表1 國(guó)內(nèi)大型機(jī)場(chǎng)概況

(1) 供配電系統(tǒng)。供電形式方面,當(dāng)前機(jī)場(chǎng)部門(mén)根據(jù)其用電量以及運(yùn)行管理便利,向上級(jí)供電部門(mén)提出用電需求,自建220 kV或者110 kV的變電所[8],再結(jié)合用電負(fù)荷分布情況,設(shè)35 kV變電所以及10 kV變電所[9]。能源管理系統(tǒng)多設(shè)置在220 kV(或110 kV)變電所。

應(yīng)急電源方面,早期建設(shè)機(jī)場(chǎng)主要多數(shù)采用第三路市電作為應(yīng)急保障電源,新建機(jī)場(chǎng)采用柴油發(fā)電機(jī)的形式,根據(jù)不同的機(jī)場(chǎng)規(guī)模以及設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性,主要采取以下兩種形式:① 低壓(0.4 kV)柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng),即低壓柴油發(fā)電機(jī)機(jī)房通常結(jié)合10 kV變電所分散設(shè)置,保證市電故障情況下,消防以及重要負(fù)荷的供電[10];② 中壓(10 kV)柴油機(jī)電機(jī)系統(tǒng),即中壓柴油發(fā)電機(jī)機(jī)房通常集中設(shè)置在機(jī)場(chǎng)能源中心,結(jié)合智能負(fù)載調(diào)配系統(tǒng),可大幅降低柴油發(fā)電機(jī)的裝機(jī)量[11]。

可再生能源設(shè)置方面,結(jié)合“四型機(jī)場(chǎng)”的建設(shè)以及項(xiàng)目當(dāng)?shù)貙?duì)可再生能源的設(shè)置需求,在建筑屋面、幕墻以及遮陽(yáng)板上設(shè)置光伏發(fā)電裝置,根據(jù)裝機(jī)量采用中壓(10 kV)并網(wǎng)或者低壓(0.4 kV)分散使用的方式[12]。

(2) 給排水系統(tǒng)。機(jī)場(chǎng)生活及消防用水一般均來(lái)自市政管網(wǎng),航站樓內(nèi)根據(jù)建筑形態(tài)以及規(guī)模設(shè)置一個(gè)或多個(gè)生活水泵房、中水泵房以及消防水泵房。結(jié)合“四型機(jī)場(chǎng)”的建設(shè)需求,通常還會(huì)設(shè)置太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)。

(3) 暖通動(dòng)力系統(tǒng)。暖通主要制冷和供熱設(shè)備(如制冷機(jī)組、燃?xì)忮仩t等)設(shè)置在能源中心,航站樓內(nèi)設(shè)置熱交換站,冷熱水介質(zhì)通過(guò)共同管溝引入航站樓內(nèi)。通常能源中心和航站樓配套建設(shè),以上海浦東國(guó)際機(jī)場(chǎng)為例,當(dāng)前有T1航站樓、T2航站樓、衛(wèi)星廳,對(duì)應(yīng)建設(shè)有1#能源中心、2#能源中心以及衛(wèi)星廳能源中心,彼此獨(dú)立運(yùn)營(yíng),能源中心之間沒(méi)有互通管路。

2.2 機(jī)場(chǎng)能源管理機(jī)構(gòu)及運(yùn)行策略

通過(guò)調(diào)研,多數(shù)機(jī)場(chǎng)能源部門(mén)組織架構(gòu)如下:機(jī)場(chǎng)能源部門(mén)下設(shè)多個(gè)管理科室、一個(gè)協(xié)調(diào)指揮中心及多個(gè)專(zhuān)業(yè)保障科室,其中運(yùn)營(yíng)管控中心通過(guò)對(duì)下屬保障科室的協(xié)調(diào),保證航站樓及衛(wèi)星廳的供電、供水、熱能保障以及場(chǎng)區(qū)維修和能源計(jì)量等。

以某大型樞紐機(jī)場(chǎng)為例,能源運(yùn)行方面,首先由各個(gè)保障科室,根據(jù)機(jī)場(chǎng)運(yùn)行的實(shí)際需求提出能源需求,上傳至運(yùn)行管理中心(UMC),由運(yùn)行管理中心上傳至航站樓管理中心(Terminal Operation Centre,TOC)或機(jī)場(chǎng)運(yùn)行控制中心(Airport Operation Control Centre,AOC),由AOC或TOC負(fù)責(zé)下發(fā)命令至運(yùn)營(yíng)管理中心,再下發(fā)至各保障科室,各保障科室通知各中控室,再由各中控室派發(fā)任務(wù)到各個(gè)班組,由各個(gè)班組負(fù)責(zé)執(zhí)行該指令,待完成任務(wù)后,反饋至各保障科室,再由保障科室反饋至運(yùn)行管理中心以及AOC和TOC,完成該項(xiàng)指令,某機(jī)場(chǎng)能源管理運(yùn)行策略如圖2所示。

圖2 某機(jī)場(chǎng)能源管理運(yùn)行策略

2.3 能源管理問(wèn)題梳理

通過(guò)與機(jī)場(chǎng)能源保障部門(mén)的溝通,當(dāng)前能源管理主要存在幾方面的問(wèn)題。

(1) 機(jī)電系統(tǒng)缺乏統(tǒng)一的管理中心。機(jī)場(chǎng)由于體量大、業(yè)態(tài)多、機(jī)務(wù)系統(tǒng)繁雜,加之管理部門(mén)以及組織機(jī)構(gòu)層級(jí)多,如果僅按照傳統(tǒng)的“命令-反饋”的豎向管理模式,存在一些問(wèn)題。

① 一項(xiàng)任務(wù)的執(zhí)行管理太過(guò)于繁雜且缺乏橫向的溝通管理機(jī)制,效率較低;

② 每項(xiàng)任務(wù)均是由多個(gè)系統(tǒng)共同完成的,若將此協(xié)調(diào)機(jī)制均由AOC或TOC完成,不僅增大了控制中心的工作量,而且由于沒(méi)有獲得現(xiàn)場(chǎng)的第一手資料,容易出現(xiàn)命令偏差;

③ 當(dāng)前控制中心往往僅為“接/打電話(huà)”的角色,一項(xiàng)任務(wù)需要多次的“無(wú)效溝通”才能完成,效率低。

(2) 自控系統(tǒng)控制仍大量依賴(lài)人工經(jīng)驗(yàn)控制,機(jī)場(chǎng)機(jī)電系統(tǒng)繁多,往往都是由不同的廠商調(diào)試和維護(hù),同一系統(tǒng)不同設(shè)備間由于數(shù)據(jù)格式以及通信協(xié)議原因,不能相互通訊,無(wú)法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享。

航站樓的節(jié)能運(yùn)行,需要電力系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、水系統(tǒng)以及旅客航班系統(tǒng)等多項(xiàng)系統(tǒng)的協(xié)同運(yùn)行,由于數(shù)據(jù)不能互通,為了運(yùn)行方便,往往只采用人為地設(shè)置固定的調(diào)度模式來(lái)應(yīng)控制變化的機(jī)場(chǎng)各項(xiàng)負(fù)荷。

(3) 設(shè)備維保缺乏針對(duì)性。以35 kV變電站電氣試驗(yàn)為例,供電部門(mén)每年會(huì)邀請(qǐng)有資質(zhì)的單位對(duì)35 kV進(jìn)線(xiàn)避雷器、35/10 kV變壓器以及接地電阻、10 kV高壓柜進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)和聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)以及變電站接地電阻做電氣試驗(yàn)。根據(jù)機(jī)場(chǎng)部門(mén)提供的2015～2019年《35 kV變電站預(yù)防性試驗(yàn)報(bào)告》可知,這五年間變壓器及斷路器的主要電氣參數(shù)均顯示為正常,變壓器接地電阻以及繼電保護(hù)整定均在正常范圍且數(shù)值基本一致。

(4) 自控系統(tǒng)傳感器有效性難以驗(yàn)證。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研,當(dāng)前多數(shù)傳感器上傳數(shù)據(jù)有誤,以空調(diào)箱回風(fēng)溫度為例,實(shí)地測(cè)試值與傳感器上傳至最大誤差近8 ℃;冷凍機(jī)組進(jìn)出水溫度幾乎一致,嚴(yán)重影響自控系統(tǒng)的控制策略。

(5) 能耗分項(xiàng)計(jì)量混亂。機(jī)場(chǎng)一期航站樓建設(shè)于上世紀(jì)80年代,初始設(shè)計(jì)未設(shè)置能耗管理系統(tǒng),現(xiàn)有的能耗統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)都是通過(guò)人工記錄且僅記錄了各項(xiàng)總的能源消耗,沒(méi)有對(duì)各種細(xì)致的分項(xiàng)能源消耗單獨(dú)計(jì)量。后期局部改造中,增設(shè)了能耗管理系統(tǒng),但由于原設(shè)計(jì)中未按照能耗計(jì)量相關(guān)規(guī)范進(jìn)行供電回路拆分,導(dǎo)致后期增設(shè)的能耗計(jì)量系統(tǒng)多種能耗數(shù)據(jù)計(jì)量混亂。

3 智慧能源管理系統(tǒng)實(shí)施方案

針對(duì)上述問(wèn)題智慧能源管理系統(tǒng)在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中,主要關(guān)注以下幾點(diǎn)。

(1) 方案設(shè)計(jì)階段:解讀業(yè)主文件,結(jié)合指南文件,明確是否設(shè)置該系統(tǒng)。

(2) 擴(kuò)初設(shè)計(jì)階段:初步設(shè)計(jì)圖紙需要明確該系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)以及必要的說(shuō)明,材料表中應(yīng)體現(xiàn)該系統(tǒng),避免概算漏算。調(diào)研機(jī)場(chǎng)相關(guān)能源部門(mén)的需求及預(yù)想的管理模式,充分發(fā)揮智慧能源管理系統(tǒng)的價(jià)值,降低設(shè)備維護(hù)和人員成本。

(3) 施工圖設(shè)計(jì)階段:設(shè)計(jì)院應(yīng)綜合給排水、暖通以及動(dòng)力專(zhuān)業(yè),根據(jù)系統(tǒng)能源監(jiān)測(cè)及聯(lián)動(dòng)控制需求,設(shè)置必要的傳感裝置及執(zhí)行裝置以達(dá)到聯(lián)動(dòng)控制的目的。

(4) 招標(biāo)階段:配合業(yè)主對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行必要的說(shuō)明,技術(shù)規(guī)格書(shū)中重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)各子系統(tǒng)的通信協(xié)議應(yīng)為開(kāi)放協(xié)議,明確協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊的開(kāi)發(fā)以及數(shù)據(jù)對(duì)接形式,保證各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)能完整及時(shí)地上傳至智慧能源管理系統(tǒng)。

(5) 中標(biāo)深化階段:智慧能源管理系統(tǒng)實(shí)施前期,機(jī)場(chǎng)能源保障部應(yīng)組織對(duì)本部門(mén)各個(gè)科室(如電力保障科、水務(wù)保障科、熱能保障科以及候機(jī)樓保障科)的能源管理需求以及能源管理方式進(jìn)行調(diào)研,掌握各個(gè)科室在當(dāng)前能源管理模式下遇到的問(wèn)題及訴求。重點(diǎn)從主要管理職責(zé)、設(shè)備設(shè)施、人員配置、管理流程及界面等方面深入調(diào)研。智慧能源管理平臺(tái)系統(tǒng)廠商應(yīng)根據(jù)機(jī)場(chǎng)能源保障部門(mén)的能源管理需求,完成系統(tǒng)的平臺(tái)搭建,包括能源數(shù)據(jù)的采集、用能分析、能源預(yù)測(cè)、報(bào)表戰(zhàn)時(shí)以及智慧決策等功能。

(6) 建設(shè)階段:① 資源分析。分析機(jī)場(chǎng)所在地能源情況,包括能耗統(tǒng)計(jì)、系統(tǒng)設(shè)備能效排序以及能效指標(biāo)等。② 需求預(yù)測(cè)。以氣象數(shù)據(jù)、歷史用能數(shù)據(jù)、航班信息、旅客信息等數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),提前預(yù)測(cè)用能負(fù)荷。③ 診斷策略。依據(jù)資源分析,診斷設(shè)備、系統(tǒng)問(wèn)題;依據(jù)用能預(yù)測(cè)并結(jié)合機(jī)場(chǎng)發(fā)展規(guī)劃,確定供能策略。④ 設(shè)備更新。通過(guò)資源分析,診斷策略,篩選低效用能設(shè)備和系統(tǒng),指導(dǎo)設(shè)備更新及項(xiàng)目申報(bào)。⑤ 運(yùn)行方式。根據(jù)負(fù)荷預(yù)測(cè)結(jié)果,結(jié)合供能成本、設(shè)備能效,進(jìn)行運(yùn)行策略分析、供需聯(lián)動(dòng),達(dá)到降低能源成本、提高設(shè)備運(yùn)行效率的目標(biāo)。⑥ 智慧能源管理系統(tǒng),不僅僅是將多項(xiàng)用能數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)單集成,需要機(jī)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)部門(mén)、設(shè)計(jì)院以及設(shè)備系統(tǒng)供貨商等方面的緊密配合,才能達(dá)到該系統(tǒng)發(fā)揮其價(jià)值。⑦ 機(jī)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)。根據(jù)其機(jī)場(chǎng)部門(mén)劃分以及運(yùn)行管理需求,給出當(dāng)前以及未來(lái)的運(yùn)行管理計(jì)劃,可通過(guò)調(diào)研其他機(jī)場(chǎng)以及探討協(xié)商的方式確定其運(yùn)營(yíng)管理模式。⑧ 設(shè)計(jì)院。根據(jù)機(jī)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)方提出的運(yùn)管性管理需求,結(jié)合項(xiàng)目機(jī)電系統(tǒng)架構(gòu)以及機(jī)場(chǎng)分期建設(shè)規(guī)劃,預(yù)留相應(yīng)接口。設(shè)計(jì)院應(yīng)針對(duì)系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架,協(xié)助業(yè)主完成《機(jī)電產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格書(shū)》,明確智慧能源管理系統(tǒng)的機(jī)電系統(tǒng)接入類(lèi)型、接入方式以及接入數(shù)據(jù)的類(lèi)型。⑨ 設(shè)備系統(tǒng)供貨商。供貨商應(yīng)認(rèn)真研究《機(jī)電產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格書(shū)》,明確機(jī)場(chǎng)運(yùn)營(yíng)規(guī)劃及設(shè)計(jì)院系統(tǒng)設(shè)計(jì)框架,特別需注意不同系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)互傳互通以實(shí)現(xiàn)跨系統(tǒng)的能源調(diào)動(dòng)。

4 結(jié) 語(yǔ)

中國(guó)民用航空局頒布MH/T 5043—2019《民用機(jī)場(chǎng)智慧能源管理系統(tǒng)建設(shè)指南》,指導(dǎo)機(jī)場(chǎng)建設(shè)在能源系統(tǒng)節(jié)能化、信息化以及可持續(xù)發(fā)展方面,給出了智慧能源管理系統(tǒng)的建設(shè)要求,然而在實(shí)施工程中,由于當(dāng)前機(jī)場(chǎng)運(yùn)行策略、機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)架構(gòu)以及設(shè)備系統(tǒng)的互通互傳等多方面都存在一定的問(wèn)題,需要各方面的進(jìn)一步合作溝通,文中根據(jù)對(duì)多個(gè)機(jī)場(chǎng)的實(shí)際調(diào)研,給出《指南》在實(shí)施過(guò)程中應(yīng)注意問(wèn)題,以便更好的發(fā)揮該《指南》在實(shí)際應(yīng)用中的功能。