《民用机场智慧能源管理系统建设指南》实施问题分析

史 曾 渊

(华东建筑设计研究院有限公司, 上海 200092)

0 引 言

据中国民用航空局统计,截止2021年,我国通用机场数量约为370个。全行业完成运输总周转量856.75亿吨公里,全行业完成旅客运输量44 055.74万人次[1]。建筑能耗约占总能耗的25%,伴随着新型城镇化的快速推进,该比例不断提升,民用机场无论是在建设阶段还是运行阶段都是建筑能耗中的用能大户,是公共建筑节能的重中之重[2]。

2018年民航开展“打赢蓝天保卫战”,各个机场大力开展并推进各项能源的清洁化[3],能源类型由以前的水、电、燃油、天然气逐步发展为集太阳能、风能、地热能以及潮汐能等多种可再生能源的综合能源系统[4-5],由于可再生能源在时间和地域等方面差异性,如何将多种能源有效结合,建立并实现全面高效的用能监管和用能调动系统显得尤为重要[6]。

为提高我国民用机场能源管理系统在建设、实施以及运行全过程中的节能化、信息化、智能化以及航站楼的绿色运行,中国民航局主持编制并发布MH/T 5043—2019《民用机场智慧能源管理系统建设指南》(简称《指南》)[7],并于2020年2月1日开始在全国范围内民用以及军民合用机场能源管理系统的新建以及改扩建中实施。

1 《指南》内容简介

《指南》分别从建设总则、术语、总体规划、系统架构、监控系统、管控平台、系统安全、一体化管理以及系统运行效果评价9个章节对智慧能源管理系统做了规定,主要内容如下:

(1) 介绍了该《指南》的编制背景、适用范围、设计、管理运行要求以及对相关专业术语进行解读;

(2) 针对《指南》中的特定术语进行解释;

(3) 基于航站楼年旅客吞吐量将航站楼划分为A、B、C、D 4个等级并根据不同的等级分类给出了智慧能源管理系统实施的要求以及系统架构,如图1所示。

图1 机场智慧能源管理系统总体架构

(4) 通过对机场能源需求和资源分析,分别从供能和用能系统两方面明确了该系统的配置需求;

(5) 从仪器仪表的选型、系统配置以及通信方式等方面规定了智慧能源管理系统的实施要求;

(6) 基于上述建设需求,详细规定了该平台的功能及安全要求;

(7) 最后,给出了该系统运行评价指标及评价等级。

2 机场现状调研及问题分析

2.1 能源系统组成

前期对我国大型枢纽国际机场能源进行调研,国内大型机场概况如表1所示。

表1 国内大型机场概况

(1) 供配电系统。供电形式方面,当前机场部门根据其用电量以及运行管理便利,向上级供电部门提出用电需求,自建220 kV或者110 kV的变电所[8],再结合用电负荷分布情况,设35 kV变电所以及10 kV变电所[9]。能源管理系统多设置在220 kV(或110 kV)变电所。

应急电源方面,早期建设机场主要多数采用第三路市电作为应急保障电源,新建机场采用柴油发电机的形式,根据不同的机场规模以及设备的经济性,主要采取以下两种形式:① 低压(0.4 kV)柴油发电机系统,即低压柴油发电机机房通常结合10 kV变电所分散设置,保证市电故障情况下,消防以及重要负荷的供电[10];② 中压(10 kV)柴油机电机系统,即中压柴油发电机机房通常集中设置在机场能源中心,结合智能负载调配系统,可大幅降低柴油发电机的装机量[11]。

可再生能源设置方面,结合“四型机场”的建设以及项目当地对可再生能源的设置需求,在建筑屋面、幕墙以及遮阳板上设置光伏发电装置,根据装机量采用中压(10 kV)并网或者低压(0.4 kV)分散使用的方式[12]。

(2) 给排水系统。机场生活及消防用水一般均来自市政管网,航站楼内根据建筑形态以及规模设置一个或多个生活水泵房、中水泵房以及消防水泵房。结合“四型机场”的建设需求,通常还会设置太阳能热水系统。

(3) 暖通动力系统。暖通主要制冷和供热设备(如制冷机组、燃气锅炉等)设置在能源中心,航站楼内设置热交换站,冷热水介质通过共同管沟引入航站楼内。通常能源中心和航站楼配套建设,以上海浦东国际机场为例,当前有T1航站楼、T2航站楼、卫星厅,对应建设有1#能源中心、2#能源中心以及卫星厅能源中心,彼此独立运营,能源中心之间没有互通管路。

2.2 机场能源管理机构及运行策略

通过调研,多数机场能源部门组织架构如下:机场能源部门下设多个管理科室、一个协调指挥中心及多个专业保障科室,其中运营管控中心通过对下属保障科室的协调,保证航站楼及卫星厅的供电、供水、热能保障以及场区维修和能源计量等。

以某大型枢纽机场为例,能源运行方面,首先由各个保障科室,根据机场运行的实际需求提出能源需求,上传至运行管理中心(UMC),由运行管理中心上传至航站楼管理中心(Terminal Operation Centre,TOC)或机场运行控制中心(Airport Operation Control Centre,AOC),由AOC或TOC负责下发命令至运营管理中心,再下发至各保障科室,各保障科室通知各中控室,再由各中控室派发任务到各个班组,由各个班组负责执行该指令,待完成任务后,反馈至各保障科室,再由保障科室反馈至运行管理中心以及AOC和TOC,完成该项指令,某机场能源管理运行策略如图2所示。

图2 某机场能源管理运行策略

2.3 能源管理问题梳理

通过与机场能源保障部门的沟通,当前能源管理主要存在几方面的问题。

(1) 机电系统缺乏统一的管理中心。机场由于体量大、业态多、机务系统繁杂,加之管理部门以及组织机构层级多,如果仅按照传统的“命令-反馈”的竖向管理模式,存在一些问题。

① 一项任务的执行管理太过于繁杂且缺乏横向的沟通管理机制,效率较低;

② 每项任务均是由多个系统共同完成的,若将此协调机制均由AOC或TOC完成,不仅增大了控制中心的工作量,而且由于没有获得现场的第一手资料,容易出现命令偏差;

③ 当前控制中心往往仅为“接/打电话”的角色,一项任务需要多次的“无效沟通”才能完成,效率低。

(2) 自控系统控制仍大量依赖人工经验控制,机场机电系统繁多,往往都是由不同的厂商调试和维护,同一系统不同设备间由于数据格式以及通信协议原因,不能相互通讯,无法实现数据的共享。

航站楼的节能运行,需要电力系统、空调系统、水系统以及旅客航班系统等多项系统的协同运行,由于数据不能互通,为了运行方便,往往只采用人为地设置固定的调度模式来应控制变化的机场各项负荷。

(3) 设备维保缺乏针对性。以35 kV变电站电气试验为例,供电部门每年会邀请有资质的单位对35 kV进线避雷器、35/10 kV变压器以及接地电阻、10 kV高压柜进线开关和联络开关以及变电站接地电阻做电气试验。根据机场部门提供的2015～2019年《35 kV变电站预防性试验报告》可知,这五年间变压器及断路器的主要电气参数均显示为正常,变压器接地电阻以及继电保护整定均在正常范围且数值基本一致。

(4) 自控系统传感器有效性难以验证。通过现场调研,当前多数传感器上传数据有误,以空调箱回风温度为例,实地测试值与传感器上传至最大误差近8 ℃;冷冻机组进出水温度几乎一致,严重影响自控系统的控制策略。

(5) 能耗分项计量混乱。机场一期航站楼建设于上世纪80年代,初始设计未设置能耗管理系统,现有的能耗统计数据都是通过人工记录且仅记录了各项总的能源消耗,没有对各种细致的分项能源消耗单独计量。后期局部改造中,增设了能耗管理系统,但由于原设计中未按照能耗计量相关规范进行供电回路拆分,导致后期增设的能耗计量系统多种能耗数据计量混乱。

3 智慧能源管理系统实施方案

针对上述问题智慧能源管理系统在项目实施过程中,主要关注以下几点。

(1) 方案设计阶段:解读业主文件,结合指南文件,明确是否设置该系统。

(2) 扩初设计阶段:初步设计图纸需要明确该系统的系统架构以及必要的说明,材料表中应体现该系统,避免概算漏算。调研机场相关能源部门的需求及预想的管理模式,充分发挥智慧能源管理系统的价值,降低设备维护和人员成本。

(3) 施工图设计阶段:设计院应综合给排水、暖通以及动力专业,根据系统能源监测及联动控制需求,设置必要的传感装置及执行装置以达到联动控制的目的。

(4) 招标阶段:配合业主对该系统进行必要的说明,技术规格书中重点强调各子系统的通信协议应为开放协议,明确协议转换模块的开发以及数据对接形式,保证各子系统数据能完整及时地上传至智慧能源管理系统。

(5) 中标深化阶段:智慧能源管理系统实施前期,机场能源保障部应组织对本部门各个科室(如电力保障科、水务保障科、热能保障科以及候机楼保障科)的能源管理需求以及能源管理方式进行调研,掌握各个科室在当前能源管理模式下遇到的问题及诉求。重点从主要管理职责、设备设施、人员配置、管理流程及界面等方面深入调研。智慧能源管理平台系统厂商应根据机场能源保障部门的能源管理需求,完成系统的平台搭建,包括能源数据的采集、用能分析、能源预测、报表战时以及智慧决策等功能。

(6) 建设阶段:① 资源分析。分析机场所在地能源情况,包括能耗统计、系统设备能效排序以及能效指标等。② 需求预测。以气象数据、历史用能数据、航班信息、旅客信息等数据为基础,提前预测用能负荷。③ 诊断策略。依据资源分析,诊断设备、系统问题;依据用能预测并结合机场发展规划,确定供能策略。④ 设备更新。通过资源分析,诊断策略,筛选低效用能设备和系统,指导设备更新及项目申报。⑤ 运行方式。根据负荷预测结果,结合供能成本、设备能效,进行运行策略分析、供需联动,达到降低能源成本、提高设备运行效率的目标。⑥ 智慧能源管理系统,不仅仅是将多项用能数据的简单集成,需要机场运营部门、设计院以及设备系统供货商等方面的紧密配合,才能达到该系统发挥其价值。⑦ 机场运营。根据其机场部门划分以及运行管理需求,给出当前以及未来的运行管理计划,可通过调研其他机场以及探讨协商的方式确定其运营管理模式。⑧ 设计院。根据机场运营方提出的运管性管理需求,结合项目机电系统架构以及机场分期建设规划,预留相应接口。设计院应针对系统设计框架,协助业主完成《机电产品技术规格书》,明确智慧能源管理系统的机电系统接入类型、接入方式以及接入数据的类型。⑨ 设备系统供货商。供货商应认真研究《机电产品技术规格书》,明确机场运营规划及设计院系统设计框架,特别需注意不同系统间的数据互传互通以实现跨系统的能源调动。

4 结 语

中国民用航空局颁布MH/T 5043—2019《民用机场智慧能源管理系统建设指南》,指导机场建设在能源系统节能化、信息化以及可持续发展方面,给出了智慧能源管理系统的建设要求,然而在实施工程中,由于当前机场运行策略、机电系统设计架构以及设备系统的互通互传等多方面都存在一定的问题,需要各方面的进一步合作沟通,文中根据对多个机场的实际调研,给出《指南》在实施过程中应注意问题,以便更好的发挥该《指南》在实际应用中的功能。