机场场内充电设施服务体系的规划建设实践——长沙黄花国际机场“油改电”试点实例

□ 长沙黄花国际机场 喻 辉 常希娟 周宇群/文

2015年长沙黄花国际机场（以下简称长沙机场）被中国民用航空局批准为全国首批6家“油改电”试点机场之一。经过四年多的不断探索创新，长沙机场初步建立了覆盖所有地面电动特种车辆的充电设施服务体系，并以统一平台的形式向所有驻场单位提供公共充电服务，形成了可持续的、市场化运营的商业模式，吸引了数十家机场与航空公司前来学习与考察。

笔者结合长沙机场四年多“油改电”的实践经验，重点就如何规划和建设场内充电设施服务体系谈谈自己的粗浅认识。

建设场内电动特种车辆的充电设施服务体系是机场地面特种设备电动化最为关键的一环。机场建成的充电设施服务体系不仅可以为所有驻场单位的电动车辆提供充电服务，还可以实现无人值守条件下的远程实时监控与智能预警，有效提升了地面电动特种车辆安全管理水平。

完善的场内充电设施服务体系也为创新商业运营模式提供了硬件基础，促使驻场单位和机场在实质推进“油改电”工作上实现双赢。驻场单位只需要按照国家标准采购电动地面特种车辆，即可享受充电与监控服务，无需自行建设充电设备；机场方则以充电网络服务与对外平台运营方的身份获取经济利益，实现市场化运营。

场内电动车辆充电服务体系的建设，首先需要建设充电设施作为硬件基础。经过试点阶段机场与行业的不断探索与发展，地面电动特种车辆及相关充电设施由过往的显著差异化发展到基本遵循国家标准实现统一。目前，大部分以铅酸电池作为动力电池的地面特种车辆均参考锂电池的模式安装电池管理系统（B MS），充电接口，协议与交互过程均实现了统一。此举使得机场充电设备采购极大简化。机场“油改电”试点的核心是地面特种车辆电动化。因此，建设充电设施服务体系的基本原则，应该是满足所有电动车辆的充电需求，而不应是根据充电桩的要求来选择电动车辆。其次，充电服务体系的建设必须要有智能平台的全方面管控，最大化发挥信息技术手段，为设备运行提供安全保障。

充电桩布局的原则：坚持让所有电动车辆就近充电

建设充电设施的第一步就是做好“顶层设计”，因地制宜选择充电桩的布局方式。

目前，充电桩布局方式主要分为集中式与分散式两种。

集中式是指在场内靠近航站楼的区域，选择适当的场地建设充电站，集中在站内安置充电桩。这种方式适宜于北方寒冷地区，因为在低温情况下，电池的充放电容量和电压急剧下滑，充电站的建设可以有效保护地面特种设备的电池在充电时免受低温的负面影响。但这种布局方式也存在一些不足：一是电动车辆需要充电时会产生一定的空驶行程；二是在飞行区域内规划出一定面积专用于充电站建设会加剧用地紧张；三是建设施工容易影响机坪正常运行且成本较高。

与之相对应的分散式，是指在机坪靠近航站楼空侧停车位布置充电桩的布局模式。分散式布局加大了充电桩的维护管理难度，但同时也具有显著优势：一是有效减少地面特种车辆充电时的无效空跑，提升运行效率；二是不需要额外规划场地进行集中建设，对机坪原有布局影响较小；三是可以与现有的电力系统融合共享电力供应，降低施工难度和配电成本。

以长沙机场为例，由于地处南方，鲜少出现极端低温天气，因而采用分散式方式进行充电桩布点，已经实现了飞行区公共运行区域的全覆盖。

充电桩种类选择原则：坚持满足不同种类特种车辆充电的需求

充电桩按充电方式，可分为交流充电桩（220 V.a.c.）、直流充电桩两种（50～150 V.d.c.和200～750 V.d.c.）。其中，交流充电桩功率较小，仅提供220 V市电供应，电动车上必须安装车载充电机才能使用。因此，目前仅有少数类似于小轿车，皮卡车上才有充电器，其他车辆基本不采用交流充电方式；直流充电桩充电功率大，充电快，目前机场采购充电桩一般以直流充电桩为主，在飞行区车辆维修保养车间可少量布局交流充电桩，在车辆定期保养和维修时对电池进行均衡充电使用。

确定充电方式后，充电桩可以按照电压区间的不同进一步细分。众所周知功率=电压×电流，即P=U I，充电桩的实际输出功率等于车辆电池充电电压乘以此时充电桩所能输出的最大充电电流。因而，在充电桩所覆盖的输出电压区间中，实际充电电压与充电桩最大电压偏差越大，充电桩实际输出功率就越小，且充电效率越低，同时很大程度上也浪费了充电桩容量，最终会导致不同车型在相同功率不同电压区间的充电桩上充电速度不同。也就是说给电动汽车充电时，电压虽然会有上升但基本会维持在一个较为稳定的小区间内，此时即便充电桩输出电流达到额定值，其输出功率也可能未达到额定功率，从而造成了配电容量浪费。

目前，机场地面特种车辆的车型普遍采用低压（50～150 V.d.c.）和高压（200～750 V.d.c.）。选购不同电压区间的充电桩将有效保障不同类型地面特种设备的充电效率。以长沙机场为例，根据自身机场地面特种车辆的数量与种类，长沙机场共配置了两类充电桩：一类是最高电压小于150 V的低压直流充电桩，一类是最低电压高于200 V的高压直流充电桩。这两类充电桩根据相应车型均配置了相对较高功率的一体式充电桩，以此来满足电动车辆电池特性要求下的最大倍率充电，进一步满足了飞行区内电动车辆能源补给、保障航班、应急作业的时效性。机场方作为充电服务的运营方，是为本身和所有驻场单位提供服务，大功率直流充电桩选择一体式的好处在于：

（1）先到先得，快速补给，不会被后来的车辆分摊充电功率，导致充电结束时间延后；

（2）施工难度和成本较低，并且由于不需要考虑最大化和最小化充电，故线缆的型号与用电是匹配的，不会造成浪费；

（3）运维便捷，每个一体式充电桩都是相对独立的，故不会像分体式充电机由于主机断电造成大面积充电终端离线，继而导致区域内的充电真空。

（4）从经济角度考虑，飞行区内车辆只在行驶或运行时才能产生效益，布局上述两种一体式充电桩后，长沙机场不仅可以有效满足所有电动特种车辆的快速充电需求，还能够帮助所有用车单位实现经济利益的最大化。

除此以外，充电桩今后都需要采用恒功率模块。长沙机场“油改电”一期时由于当时技术水平所限，建设的充电桩都采用了恒流模块，充电桩实际输出的最大电流值较小，车辆电池需求电流多大于充电桩输出的最大电流，车辆电池电压低于750 V，使得充电桩实际输出功率达不到充电桩额定功率，造成浪费。

而“油改电”后期，长沙机场充电桩均采用了恒功率模块。充电桩在恒功率电压范围内，输出电流随着电压降低而增大，从而保证充电过程中充电桩始终处于满功率状态。长沙机场实际使用的纯电动车辆在两种不同充电桩上充电功率的对比如表1所示。

表1：长沙机场两种不同充电桩充电功率对比分析

相关配电改造的原则：坚持成本最小化，机场地面特种车辆“油改电”经济性的核心是控制供电改造成本

充电设施的建成必须以充足的电力供应作为支撑，然而在飞行区域内进行配电改造容易影响正常的机坪运行秩序，且施工成本较高。一个行之有效的解决方案就是尽可能利用原有供电为充电设施提供电力支撑。

共享桥下电源是基于原有电力供给，为充电桩提供电力的一种方案。采用电源智能管理模块科学合理分配桥载设备电源，在优先保障桥载设备使用的前提下，动态地将富余电量分配给充电桩使用。该方案无需额外安装配套的三相电力，极大降低了“油改电”工作中配套设施成本，且容易施工和安装。

以长沙机场为例，在T 2航站楼与T 1航站楼的供配电方案中，长沙机场充分利用现有桥载设备和电力容量进行优化，主要包括以下三个方面：

一是T 2航站楼A岛和C岛距相应变电站较近，采取直接引电缆给充电桩供电；

二是T 2航站楼B岛距相应变电站较远，且电缆敷设施工困难，采用从桥载空调配电箱引出电缆，沿登机桥返回至停车位充电桩的方式提供电力供给；

三是T 1航站楼没有相应富余配电，也没有安装变压器的合适位置，所以采用从桥载空调供配电系统错峰分配电力，用智能电源分配器件将电力实时、动态地分配给充电桩。

优化后的供配电方案有效控制了长沙机场特种车辆“油改电”供配电工程建设与实际投资规模。

搭建覆盖所有充电设施和电动特种车辆的监控管理平台

建成充电设施后，机场便可作为运营方为自身与驻场单位提供服务，主要包含以下几个方面：

（1）提供充电服务：基于配套充电设施为所有地面电动特种设备提供安全高效的充电服务；

（2）实现实时监控：由智能充电桩和安装在每台电动车上的车载终端收集车辆充电过程和运行状态数据，通过有线或无线方式传输到实时监控中心，实现智能监控管理，全面支撑电动车辆的充电运营服务和业务运维、保障工作；

（3）安全预警：基于收集到的数据进行及时预警，最大限度防范风险，为飞行区车辆安全运行打下坚实的基础；

（4）统一结算：所有电动车辆均可在机场方提供的统一平台上缴费充电，监控等服务。

以长沙机场为例，机场飞行区内所有新能源特种车辆和充电设备在不同的电压平台上统一了充电标准，并全部能够与智能管理监控平台互联且进行数据传输，有效提高了新能源特种车辆和充电设备的管理效率。同时，长沙机场“油改电”的充电设备还提供刷卡认证、充电检测、计量缴费、数据分析和人机交互等功能。各驻场单位只需按国标要求购买纯电动车，便可在机场提供的充电设施上充电，既降低了驻场单位的采购运行成本，也为机场带来了收益，实现了可持续的市场化经营。

充电设施运营维护：坚持专业化运维

充电设施投入运营后，需要专业技术团队负责日常的运营维护，主要包含以下几个方面：

（1）充电设施现场巡检：定期对所有充电桩、配电柜、消防器材等进行巡视检查操作，确认充电设施正常并查看常用功能，以便及时发现设备故障及安全隐患，并进行及时处置；

（2）设备故障处理：设备一旦发生故障，会对飞行区车辆运行造成影响，因此需要快速组织维修，同时组织调配车辆至其他设备上充电，降低设备故障对车辆充电的影响；

（3）消防管理：充电设施应配置相应的消防器具，建立台账、维护记录，明确人员责任，一旦发生异常情况，及时采取措施灭火；

（4）紧急处置：针对可能出现的紧急情况制定紧急预案，当充电设施出现火灾、水灾、触电伤害等事故时，可现场组织启动应急预案，最大程度减小损失。

充电设施运维是机场场内充电设施服务体系的重要一环，因设备运维涉及的内容复杂，且部分充电设施运维人员须持有电工作业证，并需经过专业的维护操作培训，机场目前缺少相关的专业技术人员。

解决方案：机场可以自行组建专业化运维团队，也可以选择充电运营公司或充电桩厂家集中统一管理场内充电桩，保障机场充电安全，提高充电桩和车辆的运行使用效率。

存在的问题及建议

（一）制定低压充电设备标准

虽然经过机场与行业的不断探索与发展，长沙机场实现了地面电动特种车辆及相关充电设施在电池管理系统（BMS）、充电接口及通信协议方面的统一，但目前仍缺少特种车辆及充电设施国家或行业标准，不利于机场的管理以及民航“油改电”工作的持续推进。

建议制定民航特种车辆及充电设备标准，推动机场特种车辆和充电设备的统一兼容，提升设备利用率，减少投资，保障机场充电运营安全规范。

（二）加强政策引导

在“油改电”初期，通过补贴方式，保证民航“油改电”良性发展，降低机场采购压力和供应商生产压力，提升供应商在民航“油改电”技术研发和专项运营方面的积极性。

（三）加强使用培训

充电桩的实际使用者常有不良的使用习惯，这将降低充电桩的使用寿命，增加充电桩故障率和安全风险。建议加强司机对充电设备操作、日常注意事项以及紧急情况处理措施等方面的培训，避免不良使用习惯对设备造成的损伤。

总结：

机场场内充电设施服务体系建设应坚持规划先行，做好顶层设计，根据机场特点和实际需求，并协同场地及电力资源进行充电设施选址布局与设备选型。在满足场内车辆充电需求的基础上，确保车辆与充电设施兼容互通，并匹配管理平台，实现智能化、高效化的管理，提升场内车辆运行效率，有效保障航班安全和正常。

在此，长沙机场结合试点经验，提出机场方作为主体单位建设公共充电设施，并以统一平台的形式为所有驻场单位提供服务的可持续化市场化运营的商业模式，供同行业参考。