□ 長沙黃花國際機場 喻 輝 常希娟 周宇群/文

2015年長沙黃花國際機場（以下簡稱長沙機場）被中國民用航空局批準為全國首批6家“油改電”試點機場之一。經(jīng)過四年多的不斷探索創(chuàng)新，長沙機場初步建立了覆蓋所有地面電動特種車輛的充電設(shè)施服務(wù)體系，并以統(tǒng)一平臺的形式向所有駐場單位提供公共充電服務(wù)，形成了可持續(xù)的、市場化運營的商業(yè)模式，吸引了數(shù)十家機場與航空公司前來學(xué)習(xí)與考察。

筆者結(jié)合長沙機場四年多“油改電”的實踐經(jīng)驗，重點就如何規(guī)劃和建設(shè)場內(nèi)充電設(shè)施服務(wù)體系談?wù)勛约旱拇譁\認識。

建設(shè)場內(nèi)電動特種車輛的充電設(shè)施服務(wù)體系是機場地面特種設(shè)備電動化最為關(guān)鍵的一環(huán)。機場建成的充電設(shè)施服務(wù)體系不僅可以為所有駐場單位的電動車輛提供充電服務(wù)，還可以實現(xiàn)無人值守條件下的遠程實時監(jiān)控與智能預(yù)警，有效提升了地面電動特種車輛安全管理水平。

完善的場內(nèi)充電設(shè)施服務(wù)體系也為創(chuàng)新商業(yè)運營模式提供了硬件基礎(chǔ)，促使駐場單位和機場在實質(zhì)推進“油改電”工作上實現(xiàn)雙贏。駐場單位只需要按照國家標(biāo)準采購電動地面特種車輛，即可享受充電與監(jiān)控服務(wù)，無需自行建設(shè)充電設(shè)備；機場方則以充電網(wǎng)絡(luò)服務(wù)與對外平臺運營方的身份獲取經(jīng)濟利益，實現(xiàn)市場化運營。

場內(nèi)電動車輛充電服務(wù)體系的建設(shè)，首先需要建設(shè)充電設(shè)施作為硬件基礎(chǔ)。經(jīng)過試點階段機場與行業(yè)的不斷探索與發(fā)展，地面電動特種車輛及相關(guān)充電設(shè)施由過往的顯著差異化發(fā)展到基本遵循國家標(biāo)準實現(xiàn)統(tǒng)一。目前，大部分以鉛酸電池作為動力電池的地面特種車輛均參考鋰電池的模式安裝電池管理系統(tǒng)（B MS），充電接口，協(xié)議與交互過程均實現(xiàn)了統(tǒng)一。此舉使得機場充電設(shè)備采購極大簡化。機場“油改電”試點的核心是地面特種車輛電動化。因此，建設(shè)充電設(shè)施服務(wù)體系的基本原則，應(yīng)該是滿足所有電動車輛的充電需求，而不應(yīng)是根據(jù)充電樁的要求來選擇電動車輛。其次，充電服務(wù)體系的建設(shè)必須要有智能平臺的全方面管控，最大化發(fā)揮信息技術(shù)手段，為設(shè)備運行提供安全保障。

充電樁布局的原則：堅持讓所有電動車輛就近充電

建設(shè)充電設(shè)施的第一步就是做好“頂層設(shè)計”，因地制宜選擇充電樁的布局方式。

目前，充電樁布局方式主要分為集中式與分散式兩種。

集中式是指在場內(nèi)靠近航站樓的區(qū)域，選擇適當(dāng)?shù)膱龅亟ㄔO(shè)充電站，集中在站內(nèi)安置充電樁。這種方式適宜于北方寒冷地區(qū)，因為在低溫情況下，電池的充放電容量和電壓急劇下滑，充電站的建設(shè)可以有效保護地面特種設(shè)備的電池在充電時免受低溫的負面影響。但這種布局方式也存在一些不足：一是電動車輛需要充電時會產(chǎn)生一定的空駛行程；二是在飛行區(qū)域內(nèi)規(guī)劃出一定面積專用于充電站建設(shè)會加劇用地緊張；三是建設(shè)施工容易影響機坪正常運行且成本較高。

與之相對應(yīng)的分散式，是指在機坪靠近航站樓空側(cè)停車位布置充電樁的布局模式。分散式布局加大了充電樁的維護管理難度，但同時也具有顯著優(yōu)勢：一是有效減少地面特種車輛充電時的無效空跑，提升運行效率；二是不需要額外規(guī)劃場地進行集中建設(shè)，對機坪原有布局影響較??；三是可以與現(xiàn)有的電力系統(tǒng)融合共享電力供應(yīng)，降低施工難度和配電成本。

以長沙機場為例，由于地處南方，鮮少出現(xiàn)極端低溫天氣，因而采用分散式方式進行充電樁布點，已經(jīng)實現(xiàn)了飛行區(qū)公共運行區(qū)域的全覆蓋。

充電樁種類選擇原則：堅持滿足不同種類特種車輛充電的需求

充電樁按充電方式，可分為交流充電樁（220 V.a.c.）、直流充電樁兩種（50～150 V.d.c.和200～750 V.d.c.）。其中，交流充電樁功率較小，僅提供220 V市電供應(yīng)，電動車上必須安裝車載充電機才能使用。因此，目前僅有少數(shù)類似于小轎車，皮卡車上才有充電器，其他車輛基本不采用交流充電方式；直流充電樁充電功率大，充電快，目前機場采購充電樁一般以直流充電樁為主，在飛行區(qū)車輛維修保養(yǎng)車間可少量布局交流充電樁，在車輛定期保養(yǎng)和維修時對電池進行均衡充電使用。

確定充電方式后，充電樁可以按照電壓區(qū)間的不同進一步細分。眾所周知功率=電壓×電流，即P=U I，充電樁的實際輸出功率等于車輛電池充電電壓乘以此時充電樁所能輸出的最大充電電流。因而，在充電樁所覆蓋的輸出電壓區(qū)間中，實際充電電壓與充電樁最大電壓偏差越大，充電樁實際輸出功率就越小，且充電效率越低，同時很大程度上也浪費了充電樁容量，最終會導(dǎo)致不同車型在相同功率不同電壓區(qū)間的充電樁上充電速度不同。也就是說給電動汽車充電時，電壓雖然會有上升但基本會維持在一個較為穩(wěn)定的小區(qū)間內(nèi)，此時即便充電樁輸出電流達到額定值，其輸出功率也可能未達到額定功率，從而造成了配電容量浪費。

目前，機場地面特種車輛的車型普遍采用低壓（50～150 V.d.c.）和高壓（200～750 V.d.c.）。選購不同電壓區(qū)間的充電樁將有效保障不同類型地面特種設(shè)備的充電效率。以長沙機場為例，根據(jù)自身機場地面特種車輛的數(shù)量與種類，長沙機場共配置了兩類充電樁：一類是最高電壓小于150 V的低壓直流充電樁，一類是最低電壓高于200 V的高壓直流充電樁。這兩類充電樁根據(jù)相應(yīng)車型均配置了相對較高功率的一體式充電樁，以此來滿足電動車輛電池特性要求下的最大倍率充電，進一步滿足了飛行區(qū)內(nèi)電動車輛能源補給、保障航班、應(yīng)急作業(yè)的時效性。機場方作為充電服務(wù)的運營方，是為本身和所有駐場單位提供服務(wù)，大功率直流充電樁選擇一體式的好處在于：

（1）先到先得，快速補給，不會被后來的車輛分攤充電功率，導(dǎo)致充電結(jié)束時間延后；

（2）施工難度和成本較低，并且由于不需要考慮最大化和最小化充電，故線纜的型號與用電是匹配的，不會造成浪費；

（3）運維便捷，每個一體式充電樁都是相對獨立的，故不會像分體式充電機由于主機斷電造成大面積充電終端離線，繼而導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)的充電真空。

（4）從經(jīng)濟角度考慮，飛行區(qū)內(nèi)車輛只在行駛或運行時才能產(chǎn)生效益，布局上述兩種一體式充電樁后，長沙機場不僅可以有效滿足所有電動特種車輛的快速充電需求，還能夠幫助所有用車單位實現(xiàn)經(jīng)濟利益的最大化。

除此以外，充電樁今后都需要采用恒功率模塊。長沙機場“油改電”一期時由于當(dāng)時技術(shù)水平所限，建設(shè)的充電樁都采用了恒流模塊，充電樁實際輸出的最大電流值較小，車輛電池需求電流多大于充電樁輸出的最大電流，車輛電池電壓低于750 V，使得充電樁實際輸出功率達不到充電樁額定功率，造成浪費。

而“油改電”后期，長沙機場充電樁均采用了恒功率模塊。充電樁在恒功率電壓范圍內(nèi)，輸出電流隨著電壓降低而增大，從而保證充電過程中充電樁始終處于滿功率狀態(tài)。長沙機場實際使用的純電動車輛在兩種不同充電樁上充電功率的對比如表1所示。

表1：長沙機場兩種不同充電樁充電功率對比分析

相關(guān)配電改造的原則：堅持成本最小化，機場地面特種車輛“油改電”經(jīng)濟性的核心是控制供電改造成本

充電設(shè)施的建成必須以充足的電力供應(yīng)作為支撐，然而在飛行區(qū)域內(nèi)進行配電改造容易影響正常的機坪運行秩序，且施工成本較高。一個行之有效的解決方案就是盡可能利用原有供電為充電設(shè)施提供電力支撐。

共享橋下電源是基于原有電力供給，為充電樁提供電力的一種方案。采用電源智能管理模塊科學(xué)合理分配橋載設(shè)備電源，在優(yōu)先保障橋載設(shè)備使用的前提下，動態(tài)地將富余電量分配給充電樁使用。該方案無需額外安裝配套的三相電力，極大降低了“油改電”工作中配套設(shè)施成本，且容易施工和安裝。

以長沙機場為例，在T 2航站樓與T 1航站樓的供配電方案中，長沙機場充分利用現(xiàn)有橋載設(shè)備和電力容量進行優(yōu)化，主要包括以下三個方面：

一是T 2航站樓A島和C島距相應(yīng)變電站較近，采取直接引電纜給充電樁供電；

二是T 2航站樓B島距相應(yīng)變電站較遠，且電纜敷設(shè)施工困難，采用從橋載空調(diào)配電箱引出電纜，沿登機橋返回至停車位充電樁的方式提供電力供給；

三是T 1航站樓沒有相應(yīng)富余配電，也沒有安裝變壓器的合適位置，所以采用從橋載空調(diào)供配電系統(tǒng)錯峰分配電力，用智能電源分配器件將電力實時、動態(tài)地分配給充電樁。

優(yōu)化后的供配電方案有效控制了長沙機場特種車輛“油改電”供配電工程建設(shè)與實際投資規(guī)模。

搭建覆蓋所有充電設(shè)施和電動特種車輛的監(jiān)控管理平臺

建成充電設(shè)施后，機場便可作為運營方為自身與駐場單位提供服務(wù)，主要包含以下幾個方面：

（1）提供充電服務(wù)：基于配套充電設(shè)施為所有地面電動特種設(shè)備提供安全高效的充電服務(wù)；

（2）實現(xiàn)實時監(jiān)控：由智能充電樁和安裝在每臺電動車上的車載終端收集車輛充電過程和運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，通過有線或無線方式傳輸?shù)綄崟r監(jiān)控中心，實現(xiàn)智能監(jiān)控管理，全面支撐電動車輛的充電運營服務(wù)和業(yè)務(wù)運維、保障工作；

（3）安全預(yù)警：基于收集到的數(shù)據(jù)進行及時預(yù)警，最大限度防范風(fēng)險，為飛行區(qū)車輛安全運行打下堅實的基礎(chǔ)；

（4）統(tǒng)一結(jié)算：所有電動車輛均可在機場方提供的統(tǒng)一平臺上繳費充電，監(jiān)控等服務(wù)。

以長沙機場為例，機場飛行區(qū)內(nèi)所有新能源特種車輛和充電設(shè)備在不同的電壓平臺上統(tǒng)一了充電標(biāo)準，并全部能夠與智能管理監(jiān)控平臺互聯(lián)且進行數(shù)據(jù)傳輸，有效提高了新能源特種車輛和充電設(shè)備的管理效率。同時，長沙機場“油改電”的充電設(shè)備還提供刷卡認證、充電檢測、計量繳費、數(shù)據(jù)分析和人機交互等功能。各駐場單位只需按國標(biāo)要求購買純電動車，便可在機場提供的充電設(shè)施上充電，既降低了駐場單位的采購運行成本，也為機場帶來了收益，實現(xiàn)了可持續(xù)的市場化經(jīng)營。

充電設(shè)施運營維護：堅持專業(yè)化運維

充電設(shè)施投入運營后，需要專業(yè)技術(shù)團隊負責(zé)日常的運營維護，主要包含以下幾個方面：

（1）充電設(shè)施現(xiàn)場巡檢：定期對所有充電樁、配電柜、消防器材等進行巡視檢查操作，確認充電設(shè)施正常并查看常用功能，以便及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障及安全隱患，并進行及時處置；

（2）設(shè)備故障處理：設(shè)備一旦發(fā)生故障，會對飛行區(qū)車輛運行造成影響，因此需要快速組織維修，同時組織調(diào)配車輛至其他設(shè)備上充電，降低設(shè)備故障對車輛充電的影響；

（3）消防管理：充電設(shè)施應(yīng)配置相應(yīng)的消防器具，建立臺賬、維護記錄，明確人員責(zé)任，一旦發(fā)生異常情況，及時采取措施滅火；

（4）緊急處置：針對可能出現(xiàn)的緊急情況制定緊急預(yù)案，當(dāng)充電設(shè)施出現(xiàn)火災(zāi)、水災(zāi)、觸電傷害等事故時，可現(xiàn)場組織啟動應(yīng)急預(yù)案，最大程度減小損失。

充電設(shè)施運維是機場場內(nèi)充電設(shè)施服務(wù)體系的重要一環(huán)，因設(shè)備運維涉及的內(nèi)容復(fù)雜，且部分充電設(shè)施運維人員須持有電工作業(yè)證，并需經(jīng)過專業(yè)的維護操作培訓(xùn)，機場目前缺少相關(guān)的專業(yè)技術(shù)人員。

解決方案：機場可以自行組建專業(yè)化運維團隊，也可以選擇充電運營公司或充電樁廠家集中統(tǒng)一管理場內(nèi)充電樁，保障機場充電安全，提高充電樁和車輛的運行使用效率。

存在的問題及建議

（一）制定低壓充電設(shè)備標(biāo)準

雖然經(jīng)過機場與行業(yè)的不斷探索與發(fā)展，長沙機場實現(xiàn)了地面電動特種車輛及相關(guān)充電設(shè)施在電池管理系統(tǒng)（BMS）、充電接口及通信協(xié)議方面的統(tǒng)一，但目前仍缺少特種車輛及充電設(shè)施國家或行業(yè)標(biāo)準，不利于機場的管理以及民航“油改電”工作的持續(xù)推進。

建議制定民航特種車輛及充電設(shè)備標(biāo)準，推動機場特種車輛和充電設(shè)備的統(tǒng)一兼容，提升設(shè)備利用率，減少投資，保障機場充電運營安全規(guī)范。

（二）加強政策引導(dǎo)

在“油改電”初期，通過補貼方式，保證民航“油改電”良性發(fā)展，降低機場采購壓力和供應(yīng)商生產(chǎn)壓力，提升供應(yīng)商在民航“油改電”技術(shù)研發(fā)和專項運營方面的積極性。

（三）加強使用培訓(xùn)

充電樁的實際使用者常有不良的使用習(xí)慣，這將降低充電樁的使用壽命，增加充電樁故障率和安全風(fēng)險。建議加強司機對充電設(shè)備操作、日常注意事項以及緊急情況處理措施等方面的培訓(xùn)，避免不良使用習(xí)慣對設(shè)備造成的損傷。

總結(jié)：

機場場內(nèi)充電設(shè)施服務(wù)體系建設(shè)應(yīng)堅持規(guī)劃先行，做好頂層設(shè)計，根據(jù)機場特點和實際需求，并協(xié)同場地及電力資源進行充電設(shè)施選址布局與設(shè)備選型。在滿足場內(nèi)車輛充電需求的基礎(chǔ)上，確保車輛與充電設(shè)施兼容互通，并匹配管理平臺，實現(xiàn)智能化、高效化的管理，提升場內(nèi)車輛運行效率，有效保障航班安全和正常。

在此，長沙機場結(jié)合試點經(jīng)驗，提出機場方作為主體單位建設(shè)公共充電設(shè)施，并以統(tǒng)一平臺的形式為所有駐場單位提供服務(wù)的可持續(xù)化市場化運營的商業(yè)模式，供同行業(yè)參考。