零碳机场规划建设路径初探———以厦门翔安机场为例
(福建兆翔机场建设有限公司, 厦门 361000)
摘要: 厦门翔安机场作为“十四五”期间建设的大型机场, 以建设成为“绿色机场”标杆和“零碳机场”为目标。本文阐述厦门翔安机场对于国内外优秀机场建设低碳机场优秀案例的研究, 明确厦门翔安机场要实现零碳机场需要增加可再生能源的利用比例、推动机场电力化改革以及加强智慧化管理为方向。厦门翔安机场在规划阶段首先做好零碳机场规划完善低碳建设指标体系, 制定碳中和路径规划。后续的设计中, 厦门翔安机场推动零碳机场规划建设: 优化机场空侧陆侧运行效率, 应用航站楼光伏、水蓄冷系统与APU替代系统做到低碳减排, 构建海绵机场实现水资源回收再利用, 从源头上把握好“生态优先、绿色发展”的要求, 最大限度减小对生态环境的影响, 最后通过高性能维护结构、自然采光与自然通风等被动技术结合高效用能设备与用能系统等措施实现绿色建筑三星航站楼。虽然厦门翔安机场成为零碳机场仍有一定的距离, 但厦门翔安机场探索零碳机场的路径值得借鉴: 零碳机场建设应规划制定碳中和路径, 注重“开源”和“节能”两个方面, 更大地利用新能源, 更好地应用节能措施, 从而提升减排降碳的效果, 应增强机场的碳汇能力, 为实现“零碳机场”创造有利条件。
DOI: 10.48014/csdr.20240307001
引用格式: 葛红斌, 施毓祥. 零碳机场规划建设路径初探———以厦门翔安机场为例[J]. 中国可持续发展评论, 2024, 3(2): 33-41.
文章类型: 研究性论文
收稿日期: 2024-03-07
接收日期: 2024-04-05
出版日期: 2024-06-28
0 引言
2021年中国民用航空局发布的《“十四五”民航绿色发展专项规划》中明确了低碳发展作为“绿色机场”发展的要点。与此前民航局提出的绿色发展规划相比，该规划在节约利用资源、加强综合管控与提高资源利用率之外也提出减少机场碳排放，增强机场绿色发展的内生动力的要求。厦门翔安机场作为“十四五”期间新建大型机场，坚持以绿色发展理念和碳中和目标进行规划设计和分期实施，实现机场与区域可持续协同发展。
1 国内外低碳机场建设案例分析
1.1 机场碳排放评价标准
由于各地机场处于不同的气候区域，在制冷与采暖方面所需的能耗不同，基础的能耗及碳排放数据无法客观地评价一座机场的碳排放管理能力，所以需要一个更加客观的机场碳排放评价标准对机场碳排放进行评价。
国际机场协会推出场碳排放(Airport Carbon Accreditation，ACA)认证，其主要目的是敦促参与机场减少机场运营过程中的碳排放，最终实现碳中和。作为全球性机场碳减排标准，它为全球任意地方的任何类型的机场都提供了一个可量化的、独特的碳管理通用框架和工具。目前ACA认证主要分为4个级别:1级(量化 Mapping)、2级(减排 Reduction)、3级(优化 Optimization)、3+级(中和 Netrality)。为借鉴国内外机场先进经验，厦门翔安机场重点研究了获得(ACA)3级及以上的机场的实施路径[1]，包含成都双流机场、广州白云机场、深圳宝安机场、日本关西机场、美国达拉斯机场等。
在国内，中国民用机场协会也于2022年发布《运输机场碳排放管理评价(“双碳机场”评价)管理办法(试行)》，从制度、行动、绩效三个维度进行星级评价。该评价按星级评价共分为五个级别，即一星级(基础级)、二星级(提升级)、三星级(优化级)、四星级(先进级)、五星级(引领级)。首次申请评级最高可从三星级别开始申请，后续将从有效星级申请保级或逐级升级。“双碳机场”评价从2023年开始第一批申请。
1.2 国内外低碳建设案例
广州白云国际机场为内地机场首家获得(ACA)3级认证的机场。白云机场通过优化飞机滑行距离缩短飞机地面滑行时间以节省飞行器消耗燃油，并通过机坪高杆灯节能改造节约用电量达59%。如今广州白云机场已实现100%使用APU替代设施，并正在推动新能源车辆的使用及充电桩规模化[2]。
深圳宝安国际机场是国内第二家通过(ACA)3级认证的机场，深圳机场依托其智慧机场中的能源管理体系和能源管理平台模式对航站楼耗能进行高效管理。通过建成光伏发电站、完成照明系统 LED 改造、加大新能源汽车使用与建设机场区域内充电桩等措施减少机场碳排放[3]。
成都双流国际机场是中国内地第三家通过(ACA)3级认证的机场。双流机场的低碳减排措施主要为应用光伏系统、远机位使用APU替代设备、飞行区及航站楼内使用LED节能灯。航站楼内应用智慧能源管理系统建设实现楼内用能设备的智能管控。通过新能源车采购减少机场碳排放，汽车尾气改造、桥载电源替代、光伏与远机位地APU替代系统建设等措施，成都双流机场年减排二氧化碳排放量达到约14.92万吨[4]。
首都国际机场为国内首家(ACA)1级认证的机场，其后通过了2级认证，目前正在进行3级认证。首都机场通过广泛应用清洁能源飞行区内新增通用车辆及民航特种设备(消防、救护、除冰雪、加油设备/车辆及无新能源产品设备/车辆除外)实现100%电动化。有效补充地面电源及空调设施，完成1、2号航站楼48个近机位地面电源及空调设施建设，近机位覆盖率达到100%;加快远机位地面电源及空调设施补充，覆盖8个主要远机位机坪区域。着力推进节能设施更新改造，持续推进航站楼LED照明光源改造，并探索“储充一体化”解决方案[5]。
北京大兴国际机场虽然暂未取得ACA认证，但在降碳减排方面成效显著。大兴机场充分利用可再生能源利用。创新机场能源供应方案，广泛使用太阳能热水，大力推广太阳能光伏发电，完成停车楼、货运区、公务机区等太阳能光伏发电设施建设，全场光伏发电装机容量不低于10兆瓦;创新浅层地源热泵利用方案，建设与集中锅炉房、锅炉余热回收系统、冰蓄冷等有机结合的地源热泵系统，供热能力250万平方米，全场可再生能源综合利用率达到10%以上，成为可再生能源利用样板。使用清洁能源车使用及配套设施建设与APU替代设施。通过广泛采用超低能耗建筑围护结构、自然采光、自然通风、非传统水源利用等设计，全场建筑均达到国家《绿色建筑评价标准》中一星级以上，其中航站楼、工作区内办公、生活服务设施、商业、医院以及教育等建筑达到三星级，全场三星级绿色建筑面积280万平方米以上，比例达到70%以上;全场二星级以上绿色建筑面积316万平方米以上，比例达到80%以上[6]。
日本的关西、神户以及大阪机场是东亚地区获得(ACA)3+级的机场，通过合理管控航站楼灯光及温度、优化航站楼建材、提高设备效率、使用新能源车辆、使用光伏、风能等清洁能源等措施减少机场碳排放[7]。
美国达拉斯机场研究机场碳排放量，发现其70%的碳排放都来自电力。机场董事会通过100%电力来自新能源的议案，实现机场100%使用新能源。达拉斯机场也通过增加新能源车辆比例来减少碳排放。达拉斯机场最后通过购买碳排放权成为北美地区第一个(ACA)3+级机场[8] 。
1.3 小结
综上所述，国内外机场低碳建设的实施路径主要包含以下三类，分别为增加可再生能源的利用比例、推动机场电力化改革以及加强智慧化管理。具体措施为使用光伏等新能源减少电力排放、推行油改电并大量布置充电桩、使用桥载电源系统替代APU使用、进行节能改造减少设备耗能以及通过智慧能源管理系统或平台对用能设备进行管控[9] 等。通过国内外低碳机场建设案例我们发现，机场实现碳中和需要在低碳建设的基础上聚焦大幅度提高新能源的使用率和碳交易两方面，例如法国的尼斯机场尝试用氢能减少使用化石燃料产生的碳排放;荷兰鹿特丹机场使用100%可再生能源用于机场供电，并购买碳排放权[10]。
厦门翔安机场若要以建设成为“绿色机场”标杆和“零碳机场”为目标，除做好增加可再生能源的利用比例、推动机场电力化改革以及加强智慧化管理之外还需在未来运营期做好碳汇管理。
2 零碳机场规划
2.1 项目概况
厦门翔安机场为我国重要的国际机场、区域枢纽机场和两岸交流门户机场，核心区规划面积20.16平方千米，规划建设4条跑道，飞行区等级4F，338个停机位，约90万平方米航站楼及配套设施，终端年旅客吞吐量8500万人次、货邮吞吐量200万吨，机场俯视图如图1所示。本期规划用地面积14平方千米，计划建设2条跑道、195个停机位、55万平方米航站楼及配套设施，年旅客吞吐量4500万人次、货邮吞吐量75万吨。
图1 厦门翔安机场俯瞰图
Fig.1 Aerial view of Xiamen Xiang’an Airport
2.2 零碳机场规划
厦门翔安机场作为“十四五”期间建设的大型机场，提出“零碳机场”建设目标。以此目标为引领，针对厦门机场特点建立了低碳建设指标体系，同时提出了未来碳中和实施路径，具体内容如下。
2.2.1 低碳建设指标体系
以零碳机场建设为目标，厦门翔安机场分领域、分行业、分技术措施构建零碳机场建设三级指标体系。按照约束性指标及指导性指标两个维度提出具体指标要求，约束性指标提出具体建设指标值，指导性指标为具体措施。
指标体系设置如下:一级指标为约束性指标及引导性指标框架，约束性指标提出量化指标要求，具体包括机场能耗及碳排放强度指标、可再生能源消费占比、新能源车占比，引导性指标框架分为土地与空间、低碳能源资源、道路交通、自然生态、绿色建筑、人文产业、智慧信息与运行保障七大领域;二级指标按照不同领域下分专业提出二级指标框架，例如，低碳能源资源分能源供应、冷热源系统、可再生能源、照明系统、垃圾回收处理、其他用能系统;三级指标为各二级指标的具体技术措施，例如能源供应系统按照非传统能源应用、供电形式、室内照明、飞行区照明、给水排水系统、APU替代等提出具体技术措施。零碳机场指标体系如图2所示。
图2 低碳建筑指标体系
Fig.2 Low carbon building indicator system
2.2.2 碳中和实施路径
以规划为引领，厦门翔安机场制定了碳中和路径，路径如图3所示。在规划设计阶段研究适合厦门翔安机场的降碳减排策略与抵销策略，分析该策略的技术可行性，并在规划设计上实施，在施工过程中加以落实。建设单位与运营单位交接，形成碳管理机制，建立厦门翔安机场能源使用、消耗及温室气体排放管理制度和信息系统。在新机场运营后继续实施减排措施，采取节能措施的减排策略和提高可再生能源替代率、含碳原料替代的减排策略。运营后将委托第三方机构开展碳中和评价工作，对外进行碳中和声明。
厦门翔安机场在建设完成后的运营期也将通过两个阶段实现目标。
第一阶段:通过碳配额实现“碳中和”，实现配额缴清，并通过节能措施实现配额结余，进行碳交易。
第二阶段:通过采取更多的新能源和碳汇等措施实现真正碳中和，主要是通过自建或收购新能源项目实现碳抵消，实现纯粹的“零碳机场”目标。
2.3 低碳机场设计
厦门翔安机场的低碳建设在规划设计层面主要体现在运行高效、低碳减排、资源节约与环境友好四方面。
2.3.1 运行高效
跑道优化，飞机减排。厦门翔安机场结合空地运行环境，科学选择跑滑构型，优化航空器滑行路线，系统规划航站楼及站坪布局。通过仿真模拟优化飞行区运行效率，并合理配置地面保障资源，提升服务保障能力。会同各方大力推进协同系统的建设及应用，发挥机场协同决策机制作用，协调释放空域容量，优化飞行程序和系统流程。
陆侧交通枢纽高效运行。厦门翔安机场新建机场航站楼总建筑规模约为 55 万平方米，与航站楼合建机坪业务用房 2.15 万平方米，并将采用一体化航站楼构型，以主楼为中心，向外辐射 6 条指廊，旅客最远步行距离 640 米。航站楼主楼西侧新建交通中心及停车楼，实现不同交通方式的便捷换乘.航站楼和陆侧的建筑群通过连廊、楼层叠加等方式连成一片，使旅客步行可达所有功能区域。航站楼和交通中心之间共有三条连接通道，分别是:7.8m层空中连廊、0m层人行步行道和-10m层地下通道，形成“出发向上，到达向下”的清晰的人流导向。在交通中心主轴线上，汇集了8种地面交通换乘方式:地铁、高铁、公交车、出租车、机场大巴、旅游巴士、网约车和私家车等。多层次立体联通的综合交通枢纽设计示意图如图4所示。
图3 碳中和实施路径图
Fig.3 Implementation path for carbon neutrality
图4 多层次立体联通的综合交通枢纽
Fig.4 Comprehensive transportation hub with multi-level connectivity
2.3.2 低碳减排
能源集中、系统创新。应用水蓄冷系统移峰填谷，水蓄冷系统年运行能耗折减标煤665吨，年减碳排放1475吨。在空调系统方面:主机系统供暖空调系统的冷、热源机组能效均优于现行国家标准，制冷站主机的制冷性能系数(COP)比现行国家标准提高12%。空调末端采用大温差供冷，相对于常规温差，循环水泵扬程减小，降低了系统输配能耗，节省了设备投资，同时也大大降低了系统的输送能效比。厦门翔安机场水蓄冷能源站示意图如图5所示。
图5 厦门翔安机场水蓄冷能源站
Fig.5 Xiamen Xiang'an Airport water storage and colding energy station
使用清洁能源，源头减排。厦门翔安机场充分利用厦门地区的太阳能资源，在指廊、货站、灯光站等场所规划设置光伏发电系统，总装机容量达到20MW以上。其中指廊屋面光伏采用与建筑结合的一体化建设方案，总装机容量10MW，年发电量约1100万度，为国内最大的航站楼屋面光伏系统。构建光储微电网，充分利用货站及飞行区空地，建设地面光伏电站及货站屋面光伏，结合储能设备实现余电峰用。厦门翔安机场航站楼光伏布置如图6所示。
图6 厦门翔安机场航站楼光伏系统
Fig.6 Xiamen Xiang'an Airport Terminal Photovoltaic System
APU替代与空侧新能源车辆。厦门翔安机场新购飞行区车辆除消防、救护按50%使用新能源外，其余均按新能源车辆购置，并做好相关区域车辆供电保障。厦门翔安机场将在每个登机桥活动端下方预留400Hz电源装置，在远机位配电亭内预留可接插400Hz的电源车和空调车的工频电源插座。在未来运营中采取优先保障靠桥等方式，推动航空公司提高桥载电源使用率。
2.3.3 资源节约
水资源回收再利用。厦门翔安机场实现绿化灌溉、车库及道路冲洗、洗车用水采用非传统水源的用水量占其总用水量的比例不低于60%，空调冷却水补水采用非传统水源的用水量占其总用水量的比例不低于20%。采用节水灌溉及节水器具，管网漏损率控制在5%以内。
厦门翔安机场也将打造为海绵城市示范项目，以工程建设后不增加建设区域内雨水径流量和外排水总量为标准，满足相关规范标准，目标实现项目年径流总量控制率目标为 72%，年污染物去除率 50%，雨水资源利用率不小于 3%，将新机场打造为海绵城市示范项目。
2.3.4 环境友好
厦门翔安机场在建设的同时也考虑环境影响问题，从源头上把握好“生态优先、绿色发展”的要求，最大限度减小对生态环境的影响。借鉴海绵城市、花园机场理念，在厦门翔安机场的航站区与工作区探索建设海绵机场、生态机场，尽可能地做到利用好自然资源的同时保护好生态环境。
2.4 绿色机场设计
厦门翔安机场航站楼以绿色三星级设计建造为目标。结合厦门的气候条件，绿色设计通过“主被动”绿色设计相结合的手段，达到降低航站楼负荷及提高用能设备能效。
被动设计包括采用高能效围护结构和充分利用自然采光、通风等，进而降低建筑冷负荷需求。厦门翔安航站楼高效围护结构如图7所示。厦门翔安机场航站楼建筑围护结构热工性能比国家现行相关建筑节能设计标准规定的提高幅度达到20%。航站楼设计过程中，通过 CFD 模拟及评估，优化气流组织分布，合理组织室内空间设计，降低通风空调能耗。
图7 厦门翔安机场高效围护结构
Fig.7 Efficient enclosure structure of Xiamen Xiang'an Airport
主动技术手段主要为采用高效的用能设备。例如采用高能效暖通、电气等设备，采用分区空调、照明系统等，为降低运维阶段能耗提供硬件基础。在节约用水方面考虑项目场地内雨水收集回用，用于道路冲洗、绿化灌溉、厕所冲洗。
在照明系统设计中，主要功能房间照明功率密度按现行国家标准下限取值设计，并设置智能照明控制系统，室内照明亮度随天然光照度自动调整。垂直电梯应采取群控、变频调速节能技术。自动扶梯应采用变频感应启动的控制措施。选用高效节能变压器，能效等级按Ⅱ级选用。使用较高用水效率等级的卫生器具:全部卫生器具的用水效率等级达到1 级。
《厦门新机场工程建设节能报告》指出，节能措施符合项目实际，达到民航机场和福建省先进水平，节能措施合理可行，节能效果明显。通过厦门翔安机场年耗电量、耗气量、耗水量、油料消耗的测算，并转换为标煤指标，厦门翔安机场能源种类合理，并具有很好的经济与社会效益。
3 问题与挑战
民用运输机场碳排放源除飞机排放外，占比最高的是机场用电及制冷采暖的能耗，此外地面保障车辆的能耗也占据较大部分。所以减少设备能耗、使用新能源与优化能源结构是机场碳减排的主要方向。民航机场要实现碳中和，主要存在以下困难:
(1)机场范围内光伏产能有限。机场总体耗能较大，每年的用电量都是一个巨大的数字，仅靠光伏发电等自产新能源是远远不够的，况且机场的主要功能是客运与货运，加大新能源建设投入往往意味着需要更多的经济投入与用地规模，整体经济性较低并违背用地集约的“绿色机场”基本要求。
(2)进一步节能降碳措施的投入产出比较小。目前新建和改扩建机场已执行国家颁布的建筑节能规范，相比过去不节能建筑已经有了一个质的飞跃，航站楼基本按照三星级标准建设，其他建筑也基本达到二星级标准，在这个水平上要进一步降低建筑能耗、提高减排效果，几乎用到的都是最新的材料和技术，所需投入的建造成本很大，提升的效果比较有限，从经济学角度看是不划算的。
(3)机场全域实现零碳困难多。狭义上的“零碳机场”指的是机场公司管辖下的航站区、飞行区、货运区等实现碳中和，广义上“零碳机场”指的是机场区域范围内包括驻场服务单位管辖区和公共交通及服务设施在内的区域实现碳中和。狭义的“零碳机场”相对容易实现，广义的“零碳机场”受制于管辖权分散、排放源复杂众多，如果不能从管理体制上解决，要实现广义上的“零碳机场”是非常困难的。
(4)短期内彻底实现零碳的难度大。鉴于机场的本质和能耗大的特点，短期内需要依靠碳配额，实现配额缴清来达到“零碳机场”的基本要求;随着将来碳配额的逐年降低，可采用加大新能源使用率和购买碳汇等措施来降低对碳配额的依赖，直至不再需要碳配额，真正实现“零碳机场”。
4 思考与对策
(1)对于机场总体耗能较大，光伏发电量占总用电量比例较小的问题，一是建议机场可根据所处地域和环境条件，加大利用太阳能、风能、海水和潮汐能等可再生能源进行发电，进一步加大新能源使用比例。二是购买绿电，未来购买绿电将成为实现碳中和的一种重要方式，目前相关政策规定尚不齐备，绿电定价尚不明确。《“ 十四五”民航绿色发展专项规划》要求，机场可再生能源(包括机场自给的清洁能源(太阳能、地热能等)以及通过交易购买的“绿电”等)消费占比要从2020的1%提升至2025年目标的5%，机场自给清洁能源和购买绿电将成为实现降碳目标最重要的两种方式。
(2)理性使用节能减排新技术。以储能为例，储能电站作为一种清洁能源使用和节能项目，从减排降碳角度优势突出，但具有前期投资大，回收周期长，项目收益率低的劣势，从2019年国家取消补贴后更面临着回收周期增加的问题。新技术还面临技术迭代速度快、容易被新技术取代的特点，故推广应用新技术，切入时机尤为重要。从价值工程的角度，对新技术进行全面深入的技术可行性和投资收益分析，理性选择应用新技术，做到“节能又节钱”。
(3)碳汇使用。机场碳中和避免不了要进行碳交易，机场应增强自身碳汇能力，利用空地种植林木既美化环境又创造碳汇，一举两得。达拉斯沃思堡国际机场开展植被保护计划，旨在保持机场区域23%的绿化率，利用植被保护和植被种植来增加天然 碳储量。[11]除在机场之外亦可在外地投资生产碳汇或购入碳汇。全国目前已确定7个碳汇试点，福建省目前也作为试点之一，福建省的林业资源较为丰富，且碳交易价格相较于其他试点较低。厦门翔安机场也将增强机场碳汇能力，采用林业碳汇抵消碳排放，实现机场全流程的碳中和。
5 结论
零碳机场建设应规划制定碳中和路径图，注重“开源”和“节能”两个方面，更大地利用新能源，更好地应用节能措施，从而提升减排降碳的效果，同时应增强机场的碳汇能力，为实现“零碳机场”创造有利条件。机场在短期内可通过增加可再生能源的利用比例、推动机场电力化改革以及加强智慧化管理，通过购买碳汇等方式实现。但从长期发展上来看，机场要做到真正的零碳机场从配额缴清的“零碳机场”到取消配额、通过购买碳汇实现的“零碳机场”，会有一个相当长的过程。完全通过机场自身实现纯粹的“零碳机场”，在当前技术条件下是不可能的，但将来技术进步后未必不可能。而作为机场规划建设者，在做好已有规划设计的同时也要关注电力低碳转型、新能源技术升级及碳捕捉技术升级并加以应用，在未来实现真正意义上的零碳机场。
利益冲突: 作者声明无利益冲突。
[①] *通讯作者 Corresponding author:葛红斌，717130177@qq.com
收稿日期:2024-03-07; 录用日期:2024-04-05; 发表日期:2024-06-28
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A Preliminary Study on the Planning and Construction Path of Zero-carbon Airport:A Case Study of Xiamen Xiang'an Airport
(Fujian Panport Airport Construction Co. , Ltd, Xiamen 361000, China)
Abstract: As a large-scale airport construction during the 14th Five-Year Plan period, Xiamen Xiang'an Airport aims to become a benchmark of “green airport” and a “zero-carbon airport”. This paper describes the research of Xiamen Xiang'an Airport on the excellent cases of low-carbon airport construction at home and abroad, and clarifies that Xiamen Xiang'an Airport needs to increase the proportion of renewable energy utilization, promote the reform. of airport electrification and strengthen intelligent management in order to achieve a zero-carbon airport. In the planning stage, Xiamen Xiang'an Airport should make a zero-carbon airport planning, improve the low-carbon construction index system, and formulate a carbon neutral path planning. In the design stage, Xiamen Xiang'an Airport promotes the planning and construction of zero-carbon airport: Optimize the airside and landside operation efficiency of the airport, apply the terminal photovoltaic system, water storage system and APU replacement system to achieve low carbon emission reduction, recycle water resource, and minimize the impact on the ecological environment. Finally, through the high-performance maintenance structure, natural lighting and natural ventilation and other passive technologies combined with efficient energy equipment and systems, the goal to build a Three Stars Green Building terminal is achieved. Although there is still a certain distance for Xiamen Xiang'an Airport to become a zero- carbon airport, it is worthwhile to learn from the path of Xiamen Xiang'an Airport of exploring a zerocarbon airport: The construction of zero-carbon airport should be planned and formulate a carbon-neutral path, pay attention to the two aspects of “Renewable energy” and “energy saving”, make greater use of new energy and better use of energy-saving measures, so as to enhance the effect of carbon reduction and enhance the carbon sink capacity of airports to create favorable conditions for the realization of “zero carbon airport”.
Keywords: Airport, green airport, carbon neutrality, zero-carbon airport
DOI: 10.48014/csdr.20240307001
Citation: GE Hongbin, SHI Yuxiang. A preliminary study on the planning and construction path of zerocarbon airport: a case study of Xiamen Xiangan Airport[J]. Chinese Sustainable Development Review, 2024, 3(2): 33-41.