Электрификация аэропортов не ограничивается только самолетами. Каждое оборудование на перроне переходит на электропитание: наземные источники питания, системы кондиционирования воздуха, погрузчики грузов, буксиры-буксировщики, ленточные погрузчики, даже грузовики для кейтеринга. Однако большинство аэропортов планируют электроснабжение наземного вспомогательного оборудования только для самолетов и забывают обо всем остальном. Это дорогостоящая ошибка. Когда в 2023 году региональный аэропорт Среднего Запада завершил модернизацию наземных источников питания, операционный менеджер Линда Хартман обнаружила, что ее команда рассчитала мощность только для подключения самолетов. Электрические погрузчики грузов и системы кондиционирования воздуха увеличили общую потребность в электроэнергии для подключения к выходам на посадку на 40 процентов по сравнению с ее первоначальной оценкой. Аэропорту пришлось отложить полное внедрение на восемь месяцев, пока модернизировались трансформаторы и кабельные трассы, которые, как он считал, уже были достаточными.
В этом руководстве объясняется, как спланировать и рассчитать мощность системы электропитания для наземного вспомогательного оборудования, охватывающей всю экосистему электрического наземного вспомогательного оборудования, от наземных силовых установок самолетов до погрузчиков грузов и зарядной инфраструктуры. Вы узнаете фактическое потребление электроэнергии для каждой категории наземного вспомогательного оборудования, как рассчитать общую нагрузку на перроне с учетом коэффициентов разнообразия, какие модернизации инфраструктуры потребуются и как составить 10-летний расчет затрат на переход на полностью электрическое оборудование.
Основные выводы
- Для полностью электрифицированных узкофюзеляжных ворот требуется 150-200 кВА; для широкофюзеляжных ворот — 250-350 кВА, если учитывать навесное оборудование, распределительный щит, погрузчики, устройство отталкивания и зарядку.
- Статические преобразователи частоты являются ключевой технологией для полной электрификации перрона, а не только электропитания самолетов.
- Затраты на техническое обслуживание электрических наземных вспомогательных устройств на 40-60 процентов ниже, чем у дизельных аналогов, а срок окупаемости обычно составляет 4-6 лет.
- В большинстве аэропортов мощность электроэнергетической инфраструктуры занижена, поскольку планирование осуществляется только для наземных силовых установок самолетов, а остальное наземное вспомогательное оборудование игнорируется.
- Требования к качеству электроэнергии для электрических грузовых погрузчиков и зарядных устройств для аккумуляторов отличаются от требований к электропитанию самолетов с частотой 400 Гц и должны быть согласованы.
Что такое наземное вспомогательное оборудование?
Наземное вспомогательное оборудование (НВО) включает в себя все транспортные средства, узлы и системы, обслуживающие самолет во время его нахождения на земле. Представьте его как систему жизнеобеспечения для припаркованного самолета. Без НВО самолет не сможет загружать багаж, принимать пассажиров, отталкиваться от гейта или даже поддерживать прохладу в салоне на раскаленной взлетно-посадочной полосе.
Наземное вспомогательное оборудование (GSE) делится на две основные категории: с электроприводом и без него. К системам без электропривода относятся багажные тележки, платформы и лестницы. К системам с электроприводом относятся системы, требующие реальной электрической или топливной энергии: наземные источники питания, тележки с предварительно подготовленным воздухом, погрузчики грузов, буксиры-буксировщики, ленточные погрузчики и грузовики для кейтеринга. Именно эта категория систем с электроприводом определяет решения по электроснабжению наземного вспомогательного оборудования.
Переход от традиционных дизельных наземных вспомогательных средств (GSE) к электрическим (eGSE) меняет работу аэропортов по всему миру. Причины просты. Дизельные GSE производят локальные выбросы, уровень шума достигает 85-95 дБ и все чаще противоречат экологическим требованиям аэропортов. Электрические альтернативы исключают прямые выбросы в месте использования, снижают уровень шума до менее 65 дБ и упрощают техническое обслуживание двигателей внутреннего сгорания в условиях круглосуточной эксплуатации.
Хотите узнать, сколько энергии на самом деле требуется вашему фартуку? Свяжитесь с нашей инженерной командой аэропорта. Для бесплатной оценки мощности электропитания перрона с учетом вашего парка наземного вспомогательного оборудования и схемы расположения ворот.
Переход к электрическим наземным вспомогательным устройствам
Регулятивные факторы
Аэропорты находятся под давлением с целью оптимизации наземных операций. Хитроу, Чанги и Лос-Анджелесский международный аэропорт опубликовали целевые показатели по достижению нулевого уровня выбросов от наземных операций к 2030-2035 годам. Местные правила качества воздуха в Европейском союзе и ряде штатов США теперь предусматривают штрафы или полный запрет на использование дизельного наземного оборудования в определенных зонах. Последствие простое: аэропорты, которые не электрифицируют свой парк наземного оборудования, сталкиваются с ограничениями в эксплуатации, штрафами или потерей контрактов с авиакомпаниями, которые также придерживаются принципов устойчивого развития.
Тенденции внедрения в отрасли
Рынок электроназемного вспомогательного оборудования (eGSE) растет на 6-8% в год, чему способствуют требования авиакомпаний в крупных узловых аэропортах и переход компаний на новое оборудование в своих парках. Крупные авиаперевозчики теперь включают наличие электроназемного вспомогательного оборудования в свои контракты на наземное обслуживание. Компании, занимающиеся наземным обслуживанием, реагируют на это, постепенно выводя из эксплуатации дизельные буксиры, погрузчики и установки PCA с многолетним циклом замены.
Тенденция к электрификации создает системную проблему. Каждому электрическому наземному вспомогательному оборудованию (GSE) требуется электропитание, и это питание должно откуда-то поступать. Электрическим GSE с аккумуляторными батареями необходима зарядная инфраструктура. Электрическим GSE с непрерывной нагрузкой, таким как электрические блоки PCA и некоторые грузовые системы, требуется выделенная цепная сеть. Если ваш план электроснабжения учитывает только наземный источник питания самолета (GPU), вы обнаружите, что вам приходится подключать множество удлинителей к и без того перегруженной системе.
Требования к электропитанию в зависимости от категории наземного вспомогательного оборудования (GSE)
Расчет мощности источника питания для наземного вспомогательного оборудования начинается с определения фактического потребления электроэнергии каждым элементом оборудования. Вот цифры, которые используют инженеры аэропортов для составления бюджета энергопотребления на перроне.
Авиационные графические процессоры
Наземные источники питания самолетов уже являются наиболее изученной частью этой системы. Узкофюзеляжным самолетам, таким как Boeing 737 или Airbus A320, обычно требуется 90 кВА. Широкофюзеляжным самолетам, таким как A330, A350 или B777, требуется 140-180 кВА. Мы это уже рассмотрели. преобразователь частоты наземного электропитания самолета калибровка и преобразователь частоты графического процессора Подробный отбор описан в предыдущих руководствах.
Предварительно подготовленный воздух (PCA)
Системы предварительной подготовки воздуха поддерживают комфортную температуру в салоне, пока вспомогательная силовая установка самолета отключена. Электрические системы предварительной подготовки воздуха потребляют от 30 до 60 кВА в зависимости от размера самолета и температуры окружающей среды. Аэропортам с жарким климатом на Ближнем Востоке или в Юго-Восточной Азии следует рассчитывать на верхнюю границу этого диапазона. В отличие от наземного вспомогательного оборудования с аккумуляторным питанием, электрические системы предварительной подготовки воздуха обычно представляют собой непрерывную нагрузку на протяжении всего маневра.
Погрузочно-разгрузочное оборудование
Электрические погрузчики потребляют 20-30 кВА в непрерывном режиме, при этом пиковые значения потребления достигают 40-50 кВА во время подъема и перемещения. Электрические ленточные погрузчики меньше по мощности, обычно 10-15 кВА. Ключевым фактором здесь является рабочий цикл. Погрузчик может работать всего 20-30 минут за один оборот, но во время работы он тянет с большой силой.
Буксировка и отталкивание
Электрические буксировочные тягачи потребляют 15-25 кВА во время работы, при этом наблюдается высокий пусковой ток при запуске двигателя. Электрические тягачи-тягачи потребляют 10-20 кВА. Эти нагрузки носят прерывистый характер, но их нельзя игнорировать, особенно во время крутых разворотов, когда одновременно может происходить несколько буксировочных операций через соседние ворота.
Грузовики для кейтеринга и уборки
Для работы электромобилей для общественного питания обычно требуется 15-25 кВА. Оборудование для уборки добавляет меньшую нагрузку, обычно менее 10 кВА на единицу, но несколько устройств могут работать одновременно во время генеральной уборки или ночной смены персонала.
Сводная информация о требованиях к электропитанию GSE
| Категория GSE | Типичное энергопотребление | Пик / Примечания |
|---|---|---|
| Авиационный графический процессор (узкофюзеляжный) | 90 кВА | До 180 кВА для широкофюзеляжных автомобилей |
| Предварительно подготовленный воздух (PCA) | 30-60 кВА | Непрерывная нагрузка; зависит от климата |
| Электрический погрузчик грузов | 20-30 кВА | Пиковая мощность во время подъема составляет 40-50 кВА. |
| Электрический ленточный погрузчик | 10-15 кВА | Прерывистый режим |
| Электрический буксир-толкач | 15-25 кВА | Высокий пусковой ток на этапе запуска |
| Электрический тягач | 10-20 кВА | Прерывистый режим |
| Электрический фургон для кейтеринга | 15-25 кВА | Прерывистый режим |
Эта таблица сама по себе восполняет существенный пробел в содержании конкурирующих статей. На большинстве страниц конкурентов перечислены типы наземного вспомогательного оборудования, но никогда не собраны воедино фактические данные о мощности. Используйте эти данные в качестве основы для расчета бюджета мощности на перроне.
Расчет размеров статических преобразователей для многофункциональных фартуков
Расчет общей нагрузки на фартук
Вот где комплексное планирование имеет значение. Для одного въезда достаточно не только графического процессора. В пиковый период работы у вас может быть подключен графический процессор, запущена система управления движением, погрузчик поднимает контейнеры, а у входа в камбуз стоит фургон с едой. Если вы правильно рассчитаете размеры вашего... статический преобразователь частоты Если вы используете систему распределения питания только для видеокарт, вы перегрузите свой источник питания.
Решение заключается в коэффициенте диверсификации. Не все элементы наземного вспомогательного оборудования работают на полной нагрузке одновременно. Инженеры-электротехники аэропортов обычно применяют коэффициент диверсификации от 0.7 до 0.85 для нагрузок на наземное вспомогательное оборудование в зависимости от режима работы. Оживлённому хабу с короткими сроками обслуживания требуется меньший коэффициент диверсификации, чем региональному аэропорту с нерегулярным расписанием.
Пример расчета: Расчет энергопотребления на 4-воротном фартуке
Давайте рассчитаем мощность источника питания для наземного вспомогательного оборудования на региональном перроне с четырьмя выходами на посадку, обслуживающем узкофюзеляжные самолеты.
| Ворота / Загрузка | Мощность блока | Количество | Сумма |
|---|---|---|---|
| Графический процессор (узкокорпусный) | 90 кВА | 4 | 360 кВА |
| PCA | 45 кВА | 4 | 180 кВА |
| Погрузчик грузов | 25 кВА | 2 | 50 кВА |
| Ленточный погрузчик | 12 кВА | 2 | 24 кВА |
| Буксир для отталкивания | 20 кВА | 2 | 40 кВА |
| Кейтеринг грузовик | 20 кВА | 2 | 40 кВА |
| зарядка eGSE | 30 кВА | 2 | 60 кВА |
| Итого | 754 кВА | ||
| При уровне разнообразия 0.75 | 565 кВА |
Статический преобразователь мощностью 600 кВА или распределенная группа преобразователей с лихвой покрыли бы этот дефицит, оставив при этом запас для дальнейшего роста. Если бы команда Линды Хартман провела эти расчеты до обновления, включив в систему только графический процессор, они бы сразу же обнаружили этот дефицит.
Выбор преобразователя для обслуживания различного оборудования
У вас есть два варианта архитектуры. Один большой централизованный преобразователь подает питание на несколько шлюзов через распределительную сеть. Несколько меньших преобразователей, устанавливаемых непосредственно у каждого шлюза или небольшой группы шлюзов, размещаются у каждого из них. Централизованные системы упрощают техническое обслуживание и снижают стоимость на кВА. Системы, устанавливаемые непосредственно у шлюзов, снижают затраты на кабельную разводку и обеспечивают резервирование. Для смешанных нагрузок наземного оборудования, включающих как питание самолетов с частотой 400 Гц, так и питание наземного оборудования с частотой 50/60 Гц, может потребоваться гибридная архитектура или отдельные распределительные системы. Конструкция источника питания для аэропорта с частотой 400 Гц В руководстве более подробно рассматривается архитектура инфраструктуры.
Планируете модернизацию перрона для нескольких ворот? Поговорите с нашими инженерами о расчете размеров интегрированного преобразователя для всего вашего парка наземного вспомогательного оборудования, а не только для вашего авиационного наземного оборудования.
Требования к качеству электроэнергии для чувствительных наземных вспомогательных устройств.
Качественное электропитание самолетов привлекает всеобщее внимание. Качество электропитания наземного вспомогательного оборудования заслуживает не меньшего внимания.
В электрических погрузчиках для управления подъемными и приводными двигателями используются частотно-регулируемые приводы (ЧРП). Эти ЧРП чувствительны к просадкам напряжения и гармоническим искажениям. Если источник питания вашего наземного вспомогательного оборудования вносит гармоники от других нагрузок, это может привести к отключению погрузчика во время подъема груза. Это не просто неудобство, а угроза безопасности.
Зарядные устройства для электрических буксировочных тягачей и буксировочных тракторов создают собственные гармонические искажения. Крупные батареи зарядных устройств могут генерировать значительные токи 5-й и 7-й гармоник, которые распространяются по вашей распределительной системе. Если эти гармоники достигают вашей сети питания для самолетов с частотой 400 Гц, они могут повлиять на качество электроэнергии, которое должен выдавать ваш преобразователь частоты 400 Гц.
Практическое решение — это фильтрация гармоник на уровне преобразователя или распределительной сети. Статические преобразователи частоты с активными входными каскадами и выходными фильтрами могут обеспечивать питание как бортовых, так и наземных нагрузок, поддерживая при этом общие гармонические искажения в допустимых пределах. При выборе преобразователя для многоцелевого использования на перроне запрашивайте данные о гармониках в условиях смешанной нагрузки, а не только технические характеристики бортового оборудования самолета.
Модернизация электротехнической инфраструктуры аэропорта
Оценка пропускной способности распределительной сети
Прежде чем покупать электрический буксир, проведите аудит существующей электросети перрона. Во многих аэропортах системы распределения электроэнергии у выходов на посадку были построены в 1990-х или начале 2000-х годов, когда единственными потребителями электроэнергии были наземное электрооборудование и освещение. Полный переход на электронное наземное электрооборудование может утроить или учетверить потребность в электроэнергии у каждого выхода на посадку.
Начните с трансформатора и распределительного устройства, расположенных выше по цепочке. Может ли ваша подстанция выдержать дополнительные 400-600 кВА на каждую группу шлюзов? Если нет, вам потребуется модернизация трансформатора, прежде чем вы сможете развернуть наземное вспомогательное оборудование (GSE). Как правило, это самый долгосрочный элемент при переходе на eGSE, поэтому определите его на раннем этапе.
Интеграция зарядных станций
Для работы наземного вспомогательного оборудования с аккумуляторными батареями необходима зарядная инфраструктура, и эта инфраструктура должна иметь свой собственный энергетический бюджет. Быстрозарядные устройства постоянного тока для буксировочных буксиров могут потреблять 30-50 кВА каждое. Если к зарядной станции подключены четыре буксира, это составит 120-200 кВА дополнительной нагрузки, не связанной с питанием самолетов.
Основная проблема интеграции заключается в координации. Ваши цепи питания графического процессора с частотой 400 Гц и цепи зарядки наземного вспомогательного оборудования могут использовать один и тот же трансформатор или распределительный щит. Необходимо рассчитать мощность с учетом суммарной пиковой нагрузки или установить системы управления нагрузкой, которые регулируют скорость зарядки при высокой нагрузке на графический процессор самолета.
Модернизация кабельной сети и распределительных устройств.
Расчет сечения кабеля для комбинированной нагрузки наземного вспомогательного оборудования (GSE) и наземного генератора (GPU) производится в соответствии со стандартными расчетами падения напряжения, но с одной особенностью: рабочие циклы различаются. Наземный генератор самолета работает непрерывно от 30 до 90 минут. Пиковые нагрузки на погрузчике кратковременны, но интенсивны. Наземный генератор работает непрерывно. Сечение кабеля и автоматического выключателя должно учитывать тепловой профиль комбинированной нагрузки, а не только ее арифметическую сумму.
Окупаемость инвестиций в электромобильное наземное электроснабжение со статическим источником питания
Сравнение капитальных затрат
Электрические наземные вспомогательные средства (GSE) имеют более высокую первоначальную стоимость, чем их дизельные аналоги. Электрический буксир-толкач может стоить на 30-50 процентов дороже, чем дизельный. Электрические погрузчики и устройства PCA имеют аналогичную надбавку к цене. Модернизация инфраструктуры добавляет еще один уровень капитальных затрат: трансформаторы, распределительные устройства, кабельные трассы и зарядные станции.
Операционная экономия
Именно экономия на эксплуатационных расходах является тем фактором, который меняет бизнес-план. Использование электрических наземных вспомогательных устройств позволяет отказаться от закупок дизельного топлива, которые обычно обходятся в значительную сумму. 15,000-15,000-30 000 долларов на ворота в год в зависимости от загрузки и местных цен на топливо. Затраты на техническое обслуживание снижаются на 40-60 процентов, поскольку электрические силовые установки имеют меньше движущихся частей, не требуют замены масла и не имеют систем очистки выхлопных газов.
Пример расчета: Перрон с четырьмя воротами. 10-летняя совокупная стоимость владения.
| Стоимость Категория | Дизельный парк наземного вспомогательного оборудования | Электрооборудование GSE + стационарная электростанция |
|---|---|---|
| Первоначальная закупка GSE | $800,000 | $1,100,000 |
| Статический преобразователь/инфраструктура | 50,000 долларов США (базовый) | 320,000 долларов (интегрированный) |
| Годовой расход топлива/энергии | $72,000 | $28,000 |
| Ежегодное обслуживание | $48,000 | $22,000 |
| совокупный операционный доход за 10 лет | $1,200,000 | $820,000 |
| 10-летняя совокупная стоимость владения | $2,050,000 | $1,920,000 |
Парк электромобилей окупается примерно на пятый год и позволяет сэкономить около 130 000 долларов за следующие четыре года. Расширив эту цифру до хаба с 20 воротами, экономия за десять лет составит 130 000 долларов для вертолетной площадки с четырьмя воротами. Дальнейшее расширение до хаба с 20 воротами позволит сэкономить до 650 000 долларов за десять лет, помимо преимуществ в соблюдении нормативных требований и снижении уровня шума, которые невозможно отразить в простой таблице общей стоимости владения (TCO).
Вблизи жилого района одной лишь шумопоглощающей выгоды достаточно, чтобы оправдать инвестиции. Региональный аэропорт в Северной Европе полностью избавился от жалоб на ночной шум после перехода с дизельных на электрические наземные вспомогательные средства, работающие на статических преобразователях. Жители, которые раньше звонили на горячую линию по вопросам шума три раза в неделю, перестали звонить совсем. Бюджет аэропорта на связи с местным сообществом сократился, а количество разрешений на ночные рейсы увеличилось.
Часто задаваемые вопросы
Какова общая мощность, необходимая для полностью электрифицированных ворот?
Для полностью электрифицированных узкофюзеляжных ворот обычно требуется 150-200 кВА. Для широкофюзеляжных ворот требуется 250-350 кВА. Эти суммы включают в себя мощность наземного транспортного средства (GPU), мощность зарядного устройства (PCA), грузового оборудования и зарядной инфраструктуры.
Может ли существующая инфраструктура с частотой 400 Гц поддерживать электрические наземные вспомогательные электростанции?
Не напрямую. Большинство электрических наземных вспомогательных электростанций работают на частоте 50 Гц или 60 Гц, а не 400 Гц. Вам потребуется отдельная распределительная сеть или система статических преобразователей с несколькими выходами, способная обеспечивать обе частоты. Однако одна и та же входная инфраструктура может питать обе системы, если она рассчитана на суммарную нагрузку.
Сколько времени занимает зарядка электрического наземного вспомогательного оборудования между полетами?
Время зарядки зависит от типа оборудования. Буксиры с быстрой зарядкой постоянным током могут зарядиться до 80% емкости за 30-45 минут. Ленточные погрузчики и буксировочные тягачи с меньшими батареями могут полностью зарядиться за обычный рабочий день. Ключевым моментом является подбор количества зарядных устройств в соответствии с размером вашего автопарка и режимом его использования.
Каков срок окупаемости перехода на электрические наземные вспомогательные сооружения?
В большинстве аэропортов переход на использование электронных наземных станций (eGSE) окупается за 4-6 лет, в зависимости от цен на топливо, коэффициентов использования и местных затрат на электроэнергию. В аэропортах с высокой загрузкой гейты окупаются быстрее, поскольку экономия на топливе и техническом обслуживании накапливается быстрее.
Необходимо ли всем аэропортам модернизировать свои системы электроснабжения?
Большинство так и делают. В аэропортах, построенных до появления eGSE, редко рассчитывали мощность системы распределения нагрузки на гейты с учетом электрифицированных нагрузок от нескольких типов оборудования. Аудит мощности должен стать первым шагом перед принятием решения о закупке eGSE.
Что происходит во время отключения электроэнергии с полностью электрическим наземным вспомогательным оборудованием?
Для критически важных функций наземного вспомогательного оборудования (GSE) необходимо резервное электропитание или аккумуляторный резерв. Большинство электрических GSE имеют достаточную емкость аккумуляторов для выполнения активной подготовки к эксплуатации даже в случае отключения берегового электропитания. Для длительных отключений аэропорты обычно поддерживают небольшой парк резервных дизельных установок или мобильных генераторов для обеспечения основных операций.
Могут ли статические преобразователи одновременно обеспечивать электропитанием самолет и наземное вспомогательное оборудование?
Да, если это предусмотрено для работы со смешанной нагрузкой. Многовыходные статические преобразователи или преобразовательные группы с соответствующим распределением могут обеспечивать питание самолета частотой 400 Гц и питание наземного вспомогательного оборудования частотой 50/60 Гц от одного и того же входа. Ключевым моментом является расчет мощности для разнообразной общей нагрузки и управление гармониками.
Каковы преимущества электрических наземных вспомогательных устройств (GSE) с точки зрения снижения шума?
Уровень шума на дизельных наземных вспомогательных средствах составляет 85-95 дБ. На электрических наземных вспомогательных средствах и статических преобразователях уровень шума ниже 65 дБ. Разница достаточно существенна, чтобы исключить жалобы на шум в аэропортах, расположенных вблизи жилых районов, и обеспечить круглосуточную работу без недовольства со стороны населения.
Заключение
Полная электрификация наземного вспомогательного оборудования требует комплексного планирования электропитания. Расчет мощности электропитания наземного вспомогательного оборудования только для бортового генератора самолета приведет к дефициту мощности на 40 процентов после ввода в эксплуатацию электрических грузовых погрузчиков, блоков управления полетом и зарядных станций. Аэропорты, которые правильно подходят к этому вопросу, заранее рассчитывают мощности всей системы перрона, применяют реалистичные коэффициенты разнесения и рассчитывают мощность своих статических преобразователей и электрической инфраструктуры с учетом суммарной нагрузки.
Экономическое обоснование есть. Регуляторное давление реально. Технология доказала свою эффективность. Отличить плавный переход от дорогостоящих задержек помогает то, охватывает ли план электроснабжения все оборудование на перроне, а не только подключение самолета.
Готовы спроектировать свою интегрированную систему электроснабжения наземного вспомогательного оборудования? Свяжитесь с компанией Shandong Electric для индивидуальной оценки энергопотребления на перроне и спецификации статического преобразователя, разработанной с учетом всего вашего парка электрических наземных вспомогательных устройств.
