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“光伏 机场”离我们还有多远

 冬荣悦阅 2022-07-31 发表于北京
来源:中国民航报

太阳能光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应将光能直接转变为电能的一种技术。主要由太阳电池板(组件)、控制器和逆变器等组成,主要部件由电子元器件构成。太阳能电池经过串联后进行封装保护可形成大面积的太阳电池组件,将太阳辐射能直接转换成直流电能,而后通过并网逆变器,将直流电能转化为与电网电压同频同相的交流电能,除供内部使用外,余量也可接入公用电网。

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图1  太阳能光伏发电原理图
图片来源:太阳能光伏发电词条-词条图片(https://baike.baidu.com/item/%E5%A4%AA%E9%98%B3%E8%83%BD%E5%85%89%E4%BC%8F%E5%8F%91%E7%94%B5)

1、“光伏+机场”应用现状

自1839年法国科学家E.Becquerel发现液体的光生伏特效应以来,尽管太阳能一直在发展成为可再生能源发电的主流形式,但由于其技术发展水平限制、成本较高的原因,光伏发电技术始终未被广泛应用。直到21世纪,随着光伏发电技术不断突破,低碳环保的理念深入人心,光伏发电才迈入快速发展阶段。由于机场拥有较多的可用空间、畅通无阻的地形和大量的能源需求,也开始逐渐成为光伏发电的一个重要应用场景。

目前,我国北京大兴国际机场、上海虹桥国际机场、深圳宝安国际机场等均已建有太阳能光伏电站,不仅提高了机场的经济效益,同时也达到节能减排的效果,取得了良好的社会效益。但是光伏发电在机场的应用远未达到饱和,一方面由于在机场建筑物屋顶或者空地区域内安装光伏电站时,需评估是否会对航空安全造成影响。另一方面由于我国现阶段没有将太阳能光伏发电系统应用于机场的通用指南,机场在建设光伏电站时缺乏建设依据,使得光伏电站在机场的大面积应用仍面临较大困难。

2、“光伏+机场”适用可行

(1)由于机场建筑通常是大型、孤立的低层结构,基本不会遮挡阳光,有较大的空间在屋顶、外立面上安装光伏组件。

(2)由于机场在净空方面有严格的限制面高度要求,机场内的大片空地通常无法用作其他用途,且其位于机场内部,便于维护管理,因此是安装光伏组件的合适地点。

(3)机场作为民航业的重要基础设施,碳排放量大,碳排放源除航空器外,主要为建筑物用电(热)排放、地面保障车辆排放等。因此节约用电、优化能源结构、使用清洁能源是机场碳减排的主要方向。机场建设太阳能光伏电站可以节约能源、减少碳排放,助力实现碳达峰、碳中和目标愿景。
(4)随着光伏发电技术的提高,太阳能光伏组件的成本也在不断的降低,且其寿命可达25年。因此,光伏电站在机场应用的投入产出比高,投资回收期短(目前机场建设总体规划的规划年限为近期15年,远期30年,可结合规划用地及投入产出分析进行光伏电站的合理建设)。

3、“光伏+机场”安全评估

太阳能为机场提供节能减排与提高经济效益的同时,也为机场运行带来了一些潜在的安全风险,例如对管制员与飞行员产生的眩光影响、对无线电系统的电磁干扰、对净空产生的影响等问题,这使得民航管理机构对该技术的审查和批准变得更加复杂。因此在考虑机场光伏电站建设时,需合理开展光伏电站对航空安全影响的评估工作,保证机场的安全运行。

(1)对电磁环境影响

航空无线电台(站)是机场的重要设施,它们对机场的电磁环境都有特定的要求。光伏发电在将直流电能转化为与电网电压同频同相的交流电能过程中,并网逆变器可能会产生电磁干扰,影响航空无线电台(站)运行,进而影响航空安全。

因此,光伏发电设施需结合机场各无线电台(站)的位置及其电磁环境要求、光伏逆变器位置及其辐射电磁波情况等进行综合分析。

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图2  电磁干扰示意图

图片来源:电磁干扰三大要素详细分析-计讯物联

(/content-120-803-1.html


(2)对场面运行影响

根据《民用机场飞行区技术标准》(MH 5001-2021)相关条文,机场跑道、滑行道及其周边范围,属于飞机起降和滑行的敏感区域,为保障飞行安全,对场地平整度、强度等均有严格要求。成规模设置的光伏组件,在飞行区内设置时具有侵入安全区的潜在危险。

因此,设置光伏发电设施需结合机场内飞行区场面运行相关标准规范及机场运营单位的需求等进行综合分析。

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图3  机场场面示意图

图片来源:山西建投机械化集团呼和浩特新机场飞行区场道工程开工-山西建设投资集团有限公司(/a/gegongsixinwen/2897.html)


(3)对净空限制影响

为了保障机场安全运行,在机场区域内有各种障碍物限制面,用以限制机场及其周围地区障碍物的高度。而光伏组件安装后都会或多或少的超过原地面或建筑物的高度,可能会突破障碍物限制面,进而影响机场运行安全。

因此,针对净空限制的影响,需结合机场内飞行程序相关标准规范及机场运营单位的需求等进行综合分析。

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图4  障碍物限制面示意图
图片来源:《民用机场飞行区技术标准》(MH 5001-2021)

(4)光污染影响

光伏电站通常由光伏组件(阵列)、逆变器以及相关辅助设施等构成。由于光伏组件具有反光特性,太阳光经光伏电池板反光后可能影响空中飞行员和地面塔台管制人员,进而影响飞行安全。

因此,针对光污染的影响,需结合进离场航线、塔台位置、塔台明室高度、光伏板位置及安装角度等进行综合分析。

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图5  光污染示意图

图片来源:Solar Glare Hazard Analysis Tool (SGHAT)

(/biblio/1666330-solar-glare-hazard-analysis-tool-sghat-user-manual)


4、“光伏+机场”建设流程

光伏设施的建设应与机场发展规划相吻合,做好机场能源规划,同时需符合国家及民航有关标准及规范。

(1)项目的立项

要针对机场的用地情况、机场的气象条件、光伏影响航空安全情况、机场用电的需求、机场的投入产出比、光伏安装的可实施性、项目的投资及资金来源等问题进行研究。

(2)项目的设计

项目立项后,需进行更详细的调研与设计,包括但不限于对既有建筑屋顶的荷载、机场内空地的工程地质情况、光伏系统的设计等问题进行深入分析。

(3)项目的实施

光伏设施一般安装在建筑物屋顶或者地面上,根据项目规模大小,施工时间从数天到数月不等。项目实施过程包括施工准备、系统安装、系统测试和建设完成。

在项目施工期间,应注意施工设施的高度,需建设方与机场保持密切联系,根据机场进离场航空器运行情况,合理安排项目施工时间,确保施工期间机场航空器运行安全。

(4)项目的运行和维护

由于光伏电站主要由电子元件组成,机械组件相对较少,因此当光伏电站正常运行时,无需复杂的保养,仅需定期检修和维护即可,对其损坏部分进行及时维修和清理,防止由于光伏设备零件脱落形成 FOD,进而威胁航空安全。

5、“光伏+机场”发展前景

“十三五”以来,中国民航扎实落实《民航节能减排“十三五”规划》和《关于深入推进民航绿色发展的实施意见》。

2018年,中国民用航空局机场司发布了《绿色机场规划导则》,提到应结合机场用能需求和环境条件,优化能源综合利用方案,提高可再生能源的使用比例。条件适宜的机场建筑屋面宜设置光伏发电系统。

2019年,中国民用航空局发布了《民用机场智慧能源管理系统建设指南》,提到在太阳能资源充足的地区,机场建筑屋面等位置宜设置光伏发电系统。

2021年,国务院发布了《2030年前碳达峰行动方案》,提到大力发展新能源,全面推进风电、太阳能发电大规模开发和高质量发展,坚持集中式与分布式并举,加快建设风电和光伏发电基地。加快智能光伏产业创新升级和特色应用,创新“光伏+”模式,推进光伏发电多元布局。

2021年,住房和城乡建设部发布了《建筑节能与可再生能源利用通用规范》(GB 55015-2021),提到可再生能源建筑应用系统设计时,应根据当地资源与适用条件统筹规划;新建建筑应安装太阳能系统。

这一系列政策的出台,要求机场建设要以绿色、低碳为导向,不断前进与探索。可以预见,在政策引领下,未来光伏发电在机场的应用将更加广泛,应用前景十分明朗。


6、“光伏+机场”发展方向

即使“光伏+机场”的理念已经得到了广泛的认可,国内部分机场也已经探索建设。但是整体来看,机场光伏的建设仍然处在初期阶段,其在全国机场的应用存在规模不足、分布不均的问题。此外,由于光伏电站具有发射电磁波、反射太阳光等特性,从华设民航院参与的机场光伏项目经历来看,民航主管部门及机场方对光伏项目影响航空运行安全也存在一定的担忧。

民航行业有关研究机构应加强研究,积极探索光伏在机场的应用场景,形成机场光伏电站建设指南等相关标准规范,进一步推动光伏建设在不同区域、不同规模机场的全面应用。
民航行业有关研究机构应加强研究,积极探索光伏在机场的应用场景,形成机场光伏电站建设指南等相关标准规范,进一步推动光伏建设在不同区域、不同规模机场的全面应用。(作者:苗家瑞、王绍熙、聂艳丽 单位:华设设计集团民航设计研究院)

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