摘要：针对民航节能减排“油改电”专项中电动车辆在机场前期推广不理想的问题，在分析电动汽车在民航机场推广前期存在的制约因素、潜在的机遇两方面情况的基础上，并根据适度超前建设电动汽车充电设施，引导社会资本研发投入的的策略及思路，提出了机场作为运营主体，先行建设基于机场桥电系统的储能充电桩的解决方案，将储能充电桩并入桥电系统（登机桥和桥载供电系统）中，并在国内BY机场试点验证，从而起到加速推进民航节能减排“油改电”工作的作用。 

　　一、引言 

　　随着中国经济实力不断发展，人们对环境的要求也越来越高。国家的《能源发展“十三五”规划》就提出“实施电能替代工程"，鼓励适度超前建设电动汽车充电设施，大力发展港口岸电、机场桥电系统，促进交通运输“以电代油”。民航局在今年年初下发的《民航节能减排“ 十三五” 规划》中也明确提出了实施飞机APU替代、机场地面车辆“ 油改电” 专项工作。然而电动车辆在机场的替换推广效果是不理想，其推广受到技术，配套设施，政策多方面因素的影响。在国家及局方大力提倡节能减排环境下，借助于国内日新月异科技创新趋势，机场作为运营主体应先行先试，在建设完善机场充电设施与管理方面做有益的探索，积累经验，打破困局，引导更多的社会资本投入其中，同时为局方节能减排“油改电”政策的制定提供参考。 

    二、民航机场推广电动车辆制约因素分析

　　目前国内电动车辆市场火爆，电动车辆正逐年变得越来越普及，但电动车辆在国内机场推广和应用却不尽人意，主要存在几个方面的问题，一方面目前储能电池技术自身在稳定性、能量密度、充电效率以及成本上面仍无法满足机场车辆运行要求；另一方面，机场在规划设计之初并没有考虑电动车辆充换电问题，机场电力容量负荷与充换电站等硬件配套设施建设滞后；同时，在政策扶持方面，民航业内尚为建立一整套完善的补贴标准规范，限制了机场驻地各保障单位替换使用电动车辆的积极性。 

（一）储能电池技术层面制约因素

　　储能电池作为电动车辆的动力来源，其性能指标直接决定着电动车辆的使用效果。就储能电池种类而言，目前市场上主流的储能电池包括有铅酸电池、磷酸铁锂电池、三元聚合物锂电池、钛酸锂电池几种，综合比较，上述储能电池在技术层面上各有优劣。 

　　其中，铅酸电池作为有150多年历史的传统电池，其有着低成本、售价低廉、工作电压平稳、耐宽温，安全性高等特点，使其成为涉证民航特种车辆中唯一认可的电池类型；但铅酸电池充电速度慢、能量密度小等缺点制约了其发展，以250AH蓄电池为例，正常情况下由亏电到充满需6~10小时时间；其能量密度也仅有40Wh/kg左右，难以保证车辆较高的续航能力。 

　　磷酸铁锂电池与三元聚合物锂电池作为传统锂电池的范畴，分别采用磷酸铁锂，镍钴锰酸锂三元作为正极材料的锂离子电池，在国内市场应用已久。作为备受工业界、研究界关注的电池技术，其具有能量密度大、体积小、具备锂电池充电速度快等特点^[2]。上述两种锂电池的能量密度和寿命好于铅酸电池，且支持快速充电，使其在纯电动汽车上得到了广泛应用^[1]；但其高温特性较差，易爆不稳定，虽近几年有所改善，但从根本上并未根除，使用户仍心存顾虑，在对安全性要求更高的民航领域里，其应用受到较大的限制。 

　　钛酸锂电池作为新型的锂电池相对于传统的磷酸铁锂电池与三元聚合物锂电池，具有寿命长、耐宽温、充电速度快的特性，并通过特殊工艺成功解决了稳定性与安全性问题，也让各界对其表示看好；但其单位容量的成本较高，能量密度较低也影响其大规模商业化的应用^[3] 。 

　　由上述分析可以看出，国内市场上的储能电池在安全性能、充电效率与续航能力上离民航的期待相较甚远。只能退而求其次，在确保稳点性和充电效率前提下，机场可以选型推广能量密度不是很高的储能电池，例如选型钛酸锂蓄电池做个过渡，形成市场示示范效应，使社会车企或储能电池企业关注了解民航节能减排的市场需求与潜力，从而引导社会资本加大对电池储能新技术，新材料的研发投入，以适应民航机场对电动车辆的使用要求。 

（二）机场缺乏充变电站配套设施的限制

　　如果将所有航班保障车辆进行“油改电”改造，必须要解决电动车量的续电问题，国内大多数机场普遍采用在机场场内或远区集中建设充换电站并进行集中管理维护的方案。但由于机场电力负荷容量、空间布局、资源利用率、投资和不停航施工等方面的原因，此方案在国内机场特别是已经建成运行的机场推进缓慢。 

1.场内建设充换电站、电源负荷容量不够

　　以BY机场为例，机场在设计之初未能考虑生产用车油改电所需要的负荷，如果利用机场内部原有的电力负荷建设集中充换电站，只能采取对航站楼的电力负荷容量进行扩充的方式，这需要投入大笔的资金对变压器，输送线路等一系列设施、设备进行改造，且因不停航施工原因，施工难度会很大。况且在机场作业空间原本比较拥挤的情况下，开辟一段区域用于车量的集中停放充电也不现实。 

2.远区建设充换电站、不利于资源利用

　　由于在机场场内集中设计充变电站模式对机场电力负荷能力要求极高，部分机场尝试将其部署在距离机场作业区较远的地方建设充换电站，然而各个区域的车辆每天需长距离的往复充换电站续充电，效率较低，使得机场本来不充足的保障资源得不到充分利用。 

（三）补贴政策不利于特种车推广

　按照现行国家对电动汽车补贴的相关规定，大量未能上目录的机场特种车无法享受国家和地方政府的补贴。普通的电动中巴、大巴车必须领取地方车牌才能获得地方政府的补贴。使得机场在购置电动车辆时无法享受相关补贴，造成机场各驻地单位在推广替换电动车辆上积极性不高。 

   三、电动汽车在民航推广的新机遇

　　随着电池技术的高速发展，国家相关政策的调整、以及国家鼓励发展机场桥电系统的规划中，给电动车辆在民航机场的推广带来了新的机遇。 

（一）电池技术的发展进入高速期

　　首先，随着电池技术的发展，电池的耐宽温性、耐用性、稳定性与安全性不断提升；其次，锂电池的两倍、三倍甚至六倍的快充，逐步趋向成熟，提高了车辆的运转率；再次，电池容量逐年增大，续航能力逐年增强，使得充电一次可以使用一天甚至更久。虽然目前部分新储能电池技术还在试验验证阶段，但随着国家对创新的重视，企业的研发投入逐年增大为突破储能电池技术层面的限制增添了希望。 

（二）国家补贴政策的调整

　　根据2015年4月四部委发布的《关于2016-2020年新能源汽车推广应用财政支持政策的通知》(财﹝2015﹞134号)。国家针对前两轮新能源汽车实施期间暴露出的政策漏洞及滋生出的“骗补”乱象，将调整相关政策，从补贴车到补贴充电功率及充电桩。这对于大量且频繁使用车辆的机场而言，补贴充电功率和充电桩的方式，为机场电动车的推广带来了极大的利好。 

（三）国五标准对限排的严格规定

　　从2016年4月1日起，全国将有11个省市将全面实行汽车国五排放标准。从2017年1月1日开始，全国范围内将全部执行国五标准。国五标准车辆的购置成本和运营成本将会有大幅的提高，反过来扭转了机场采购电动车辆在成本方面的劣势。 

（四）国家鼓励发展机场桥电系统

　　在2017年1月17日，国家印发的《能源发展“十三五”规划》就提出“实施电能替代工程"。适度超前建设电动汽车充电设施，大力发展港口岸电、机场桥电系统，促进交通运输“以电代油”，让我们机场充电桩布局有了新思路。 

    四、桥电系统储能充电桩建设应用方案

　　机场桥电系统是指替代飞机落地后用于给飞机供电的APU的桥载系统，随着在民航业发展中节能减排工作备受重视，2012年，民航根据桥载设备在北上广三大机场桥载设备的试用情况，正式启动了民航行业机场使用桥载设备替代飞机APU的推广工作^[4]。在机场“油改电”的航班保障车辆的节能降耗方面，可尝试利用桥电系统搭建充电储能装置。 

（一）桥电系统储能充电桩方案可行性分析

　　国内机场早期期有厂家采用400HZ电源插头直接给电动车充电的尝试，但存在占用桥载资源的问题后续没有推行。也有机场直接通过380V电缆接入装卸平台车充电，但此方法直接使用强电，存在安全问题，线缆在机坪上拖动磨损比较危险，维护困难。在美国有的机场通过在登机桥供电上加装智能电力分配装置和充电桩，利用登机桥使用的空闲时间给电动车充电，但本身缺乏储能功能和有效的监测调配，存在充电不连续和无法准确知道车辆是否充电完成可用的弊端。 

　　综合国内外的使用案例，本文将机场桥电设备和储能充电装置相结合，设计一套使用桥基电源充电的大容量储能充电桩的充放电模式。    

　　由于给登机桥和桥载设备电力负载容量较大，一般单桥达到350KW、双桥达到450KW以上，可采用机场专用的大容量储能充电桩；通过智能的电力调配系统实时监控登机桥及桥载设备和上端变压器运行状态，将储能充电桩并入登机桥和桥载供电系统中。 

　　登机桥和桥载设备闲置时，桥电负荷可通过充电桩电能转换直接给电动车辆或充电桩自身储能装置快速充电；当登机桥靠接飞机时，智能电力调配系统会自动根据桥的使用状态和变压器的负荷将储能充电桩断开，确保用电安全。电力负荷切换期间使用充电桩自身储能装置储存的电量给电动车充电，不影响充电桩的正常使用，确保充电桩高可用性。 

（二）桥电系统储能充电桩方案的优势

1.桩车配比高

　　储能充电桩可以在每一个登机桥下都安装，大大的提高了桩车配比，这也是机场大规模应用电动车的前提。 

　　图4-1 国内BY机场T1航站楼登机桥分布示意图 

2.现有停车位就近充电

　　由于机场大部分特种车辆均停放在登机桥固定端附近，可实现现有停车位就近充电，减少车辆地点转移的时间消耗。 

　　图4-2 BY机场特种车停放现场图 

3.储能充电桩部署简单

　　 仅需在登机桥及桥载电力负荷原有基础上加装380V电源箱，不再需要另外布线，投资成本比增加变电站、敷设电缆、不停航施工相比较要低很多。由于几天内可以完成安装且固定费用低，十分有利于分期按需建设，提高投资回报率。 

　　图4-3储能充电桩在桥底安装示意图 

4. 可采用夜间充电、特别是峰谷电价地区

　　有峰谷电价的地区还可以设置夜间充电储能，大大降低充电成本。 

（三）国内BY机场试点验证

　　BY机场在对铅酸电池、磷酸铁锂、钛酸锂等电池的优缺点进行对比，同时兼顾机坪环境，安全需求、运行效率等多方面因素的前提下，选择钛酸锂电池作为充电桩的储能电池。 

　　以实际选型的总容量为88.32KWH的钛酸锂储能系统为例，其占地尺寸约为长1.3m宽1.6m高2.2m，充电桩也可以根据登机桥下的空间特点，来灵活设置储能柜外形尺寸，电池组合的柔性较高，可有效的规避其电池能量密度低的缺点。其储能速度如下表所示，在普通模式下双廊桥机位可实现17分钟充满电。如表4-1 所示；此充电速度在机场航班繁忙、机位利用率高时，可通过航班推出和进位的间隙快速充满电，实现全天候充电，目前在BY机场正常使用，如图4-4，4-5所示。 

　　表4-1 88.32KWH储能充电桩使用桥基充电时间统计表 

　　图4-4储能充电桩充电现场图 

　　图4-5储能充电桩给电动车充电现场图       

　　五、结束语 

　　   民航行业在响应国家节能减排号召中的“油改电”工作部分，推广桥电设备及电动车的应用发挥着重要作用，在国家政策的大力支持下，实现机场、航空公司、设备厂商的三方共赢。本文所介绍的桥电系统储能充电桩方案目前已在国内ＢＹ机场实地试用，目前运行情况良好，还需在试用中不断细化完善，逐步形成一套适用于民航行业推广、打造绿色机场的电动车辆覆盖方案。储能充电桩概念破解了在用机场“油改电”充电桩的难题，除登机桥外还可扩展到高杆灯、路灯等非连续使用负载设备中，有很大的实用性。考虑到机场“油改电”后电动车的类别、品牌型号众多，建议局方在行业标准层面强制要求符合国标的充电接口，推动民航电动设备供应商的标准统一，推动行业节能减排工作健康发展。 

参考文献

　　[1]李哲.纯电动汽车磷酸铁锂电池性能研究[D].清华大学,2011. 

　　[2] 邹邦坤,丁楚雄,陈春华.锂离子电池三元正极材料的研究进展[J]. 中国科学:化学. 2014(07) 

　　[3] 黄任飞.钛酸锂电池在兆瓦级储能系统中的应用分析[J].储能科学与技术. 2015(03) 

　　[4] 陈军.桥载设备替代飞机APU的节能减排成效[J].节能与环保.2012(10) 

　　（作者：林育钿  广州白云空港设备技术发展有限公司 ）