桥载设备替代飞机APU的节能减排成效

陈军 中国民航机场建设集团公司西北分公司

桥载设备替代飞机APU的节能减排成效

陈军 中国民航机场建设集团公司西北分公司

节能减排在民航业发展过程中备受重视。2011年，民航局出台《关于加快推进节能减排工作的指导意见》，明确了全行业加快推进节能减排工作的指导思想、主要原则和工作目标。根据民航局2011年节能减排工作的部署，结合在首都机场、上海机场、广州白云机场试点的情况，2012年正式启动民航行业机场使用桥载设备替代飞机APU的推广工作。

表1 登机桥适用机型类别与桥载静变电源配置规格表

表2 飞机地面专用空调机组技术参数

表3 APU和GPU能源消耗计算表

1 APU和桥载设备简介

APU是飞机辅助动力装置（AUXILIARY POWER UNIT）的简称，目前在民用飞机上得到广泛应用。飞机在起飞前，由APU供电来启动主发动机；在地面停靠及滑行时由APU提供电力和压缩空气，保证客舱和驾驶舱内的照明和空调；在飞机起飞时使发动机功率全部用于地面加速和爬升，改善起飞性能。由于APU的核心部分是一个小型涡轮发动机，因此它也像大型发动机一样使用航空燃油并排放废气，不仅工作效率较低、耗油量大，而且也污染环境、产生噪声。

桥载设备（GPU）主要包括静变电源和飞机地面专用空调：400Hz桥载静变电源是将380V/50Hz市电转换成稳定的115V/400Hz电源，为飞机在地面停留期间提供电能的地面设备；飞机地面专用空调是在飞机靠桥期间为飞机客舱提供冷（热）空气的专用空调机组。而400Hz桥载电源和飞机地面专用空调依靠电力提供能源，在飞机靠桥期间可以关闭APU，从而有效节省航空燃油。同时不产生废气和噪声，优于APU向飞机提供电源和空调（通风、制冷或制热）等。

2 桥载设备的节能环保分析

2.1 节能分析

民航业能源结构主次分明，能源消耗以航油为主，航油的消耗量约占全行业能耗的94%，机场能耗约占3%，航空公司地面服务能耗约占2%，其他单位能耗比重不到1%。可以说节油是落实民航业节能减排工作的重要措施。节约航油可以从优化运力、合理布局航线、飞行操纵、降低飞机配载、维护保养、应用新技术、新设备等多方面入手，其中使用桥载设备替代飞机APU的使用是一个有效的节油方法。目前国内机场登机桥使用机型类别与GPU设备的配置见表1、表2。

根据航空公司的数据统计，选择3种有代表性的机型进行分析：C类机型选择空客A320，D类机型选择麦道MD11，E类机型选择波音B747。目前的F类机型主要有A380和B787，这类飞机在各航空公司机队中所占的比例还很小，这里不做分析。国内机场飞机的过站时间一般在60～90min，为便于比较，这里以靠桥1h为单位，每架飞机每天按靠桥3次计算，则年耗能量对比见表3、表4。

从表中可以看出，不同机型飞机每小时运行APU平均消耗的航空煤油约在100～400kg之间。从航空公司角度考虑，飞机靠桥期间关闭APU，采用桥载设备提供电源和空调可以有效节约航空燃油。从节能减排的角度考虑，采用电力作为能源的折标煤量比用航空煤油的折标煤量要小很多。

2.2 环保分析

使用桥载设备替代APU除了节约能源外，还可以有效降低机场环境污染。在美国和欧洲，机场带来的污染已经引起了人们的极大关注，而辅助发动机APU在飞机停靠后的继续使用是产生碳氢化合物、一氧化碳和氧化氮等污染物的重要原因。同时，继续使用APU还会在地面产生噪声。以1架B737飞机为例，如果APU运行30min，它产生的空气污染见表5。

如果一个机场每天能有100个过站班次不用APU而使用地面电源，则每年少排放约20t的氮化物，减少排放约80t的一氧化碳，这对机场局部乃至一个城市的环境都将是不小的贡献。

此外，飞机在地面停靠廊桥后继续使用APU还会产生较大的噪声。波音公司对其机型在距地5m处的噪声进行了测量，具体数据如表6所示。按照劳动保护条例规定，噪声达到85dB以上时，就会对工作人员的健康造成影响。再加上APU的工作地点通常在航站楼附近，这样它给机务人员和近机位登机旅客带来的环境噪声影响就显得十分突出。因此，关闭APU将使登机桥附近的机场噪声大大减小，既有利于为机场机务场务工作人员营造一个良好的工作环境，也有利于给登机旅客带来更舒适的乘机感受。

表4 机型能源消耗对比表

表5 B737运行APU产生的污染物

表6 飞机运行APU及机上空调系统产生的噪声表 dB

表7 航空公司使用APU设备的成本测算

表8 APU与桥载设备每小时使用成本及收费 元

3 桥载设备的经济效益分析

航空公司通过地面桥载设备替代APU使用可以减少航空燃油消耗，有效降低运行成本，而机场也可以通过与航空公司签订服务协议，提供桥载设备进行收费，为机场运营增加一个新的利润增长点。我们通过以下表格对桥载设备运行带来的经济效益进行一个简单的分析。其中APU的使用成本主要包括油耗费用和维护费用两部分，航空油料的综合采购成本按每吨7700元计算，APU的维护费用由机场机务维修部门提供作为参考。

从表7可以看出，三个机型使用APU每小时的运行成本分别为1151元、2081元和3592元。而机场根据桥载设备的使用，指定了相应的收费标准，参见表8。

从表8可以看出，三个机型使用桥载设备每小时的运行成本可分别节约551元、1481元和2992元。对于航空公司来说，在地面停靠时最大限度的使用桥载电源，关停APU的使用，可以节约至少一半以上的运行成本，而且机型越大，收益越大。

而对于机场公司而言，运行成本主要包括设备的折旧费、耗电费用、维修费用和人工操作费等。根据市场询价，90kVA的400Hz静变电源每套约45万元，60冷吨的飞机地面专用空调每套约35万元，90冷吨的飞机地面专用空调每套约45万元。桥载设备的折旧年限约10年，使用时间按每天8个小时计算；设备维修费按照设备原值10%计提；操作人员工资按照C、D类登机桥每桥体2人配置，E类登机桥每桥体4人配置，每人每年人工成本4.5万元。

从表9可以看出，机场公司也可以从提供的服务收费中取得每小时约150～340元左右的经济效益。因此，在飞机地面停靠期间，使用桥载设备替代APU的使用多航空公司和机场公司来说是双赢的，一家大型航空公司和一个年吞吐量超过500万的机场使用桥载设备由此所产生的经济效益都在千万元左右。

表9 机场公司使用桥载设备的成本测算 元/h

4 结束语

通过在登机桥安装400Hz静变电源和飞机地面空调机组，使过站飞机停止使用其机载辅助动力装置（APU），可以节约能源消耗并降低航空公司运营成本，减少废气排放，降低噪声，保障地面人员健康，提高飞行安全。同时，能够促进民航业的整体发展，满足民航业务量增长对地面服务提出的崭新要求，进而间接提高民航的经济效益，服务于民航可持续发展战略，服务于国家经济建设和社会发展对“节能减排”提出的要求。