在美国机场为地面服务设备电气化带来的能源、功率与基础设施需求

为什么机场服务车辆重要

大多数旅客想到机场污染时会联想到喷气发动机，但一支隐藏的地面车辆车队也燃烧大量燃料。该研究考察了当这些工作马——行李牵引车、皮带装载机、供电车、餐饮与服务卡车——在美国300多个机场从柴油和汽油转为电力时会发生什么。了解这些车辆需要多少额外电力，以及如何明智地供给这些电力，会影响空气质量、气候目标和机场运营成本。

你靠窗座位下的安静机器

机场依赖地面支援设备牵引飞机、搬运行李、装载餐食、抽水、清空废水箱并为停泊飞机供电。如今这些设备中许多仍以化石燃料为动力，增加了本已空气质量堪忧的城市的局部污染和温室气体排放。电动版本的这些车辆已经问世并开始在大型机场出现。它们运行成本更低、噪音更小且尾气排放为零，对航空公司和周边社区都具有吸引力。

模拟电气化机场的一天

研究人员建立了一个详细的计算模型，跟踪每个到达航班，分配所需的地面车辆组合，并记录每辆电动车的工作时间和充电时间。他们使用了317个美国机场的政府航班记录，以及八类地面设备的典型服务时间和电池容量。这种自下而上的方法使他们能够逐机场估算需要多少电动车和充电桩、这些车辆在一天中会拉取多少电力，以及在不同充电习惯下需求如何上升或下降。

电动车队到底需要多少电力

模型显示，电气化地面设备会根据机场规模产生非常不同的电力需求。在最大的枢纽机场，峰值充电需求可能达到约20兆瓦——大致相当于小型发电厂的出力，年用电量可接近51,000兆瓦时。中小型枢纽的需求远低，而非枢纽机场则低于1兆瓦。充电的时机与总能量同样重要。如果车辆在完成任务时就机会性充电，功率使用通常会随航班活动分布并延伸到全天。若运营方将大部分充电集中在夜间低谷时段，需求会在短时间内聚集，可能导致更高的峰值，尽管电价可能更低。

找到车辆、充电桩与时机的合适组合

不同的充电选择也会改变每个机场需要购买的车辆与充电桩数量。低功率充电桩能平滑需求却使车辆充电时长增加，这意味着需要更多的充电桩，有时还需更多车辆以保证航班按时运行。每次任务后立即充电的策略往往需要更多充电桩但不一定需要更多车辆，而严格的夜间充电策略既需要更大的车队，也需要大量额外充电桩以在早高峰前完成充电。研究还考察了直接在登机口为停泊飞机供电而非使用移动供电车的机场，这种做法既降低了能耗，也减少了所需电动供电车的数量。

利用太阳能板与电池平抑峰值

为评估本地清洁能源能否有所帮助，团队将机场负荷估算与一个独立工具相连，用以确定屋顶太阳能与现场电池系统的规模。针对各规模组的样本机场，他们发现将太阳能板与固定电池结合可将最尖锐的功率峰削减约20%到50%，并在支付新设备成本后将长期费用降低5%到20%。这些收益在较小机场最为明显，在那里适度的太阳能阵列和电池可以覆盖充电需求的一大部分。

对未来航空旅行的意义

研究得出结论：将地面支援设备从燃料改为电力能大幅减少机场排放，但这并非简单的发动机替换。机场运营者、公用事业公司和规划者需要在充电策略、充电桩功率以及太阳能和电池系统的可能使用上进行协调，以免新增电负荷压垮当地电网或预算。然而，通过谨慎规划，电动服务车辆可以让机场更清洁、更安静，同时保持飞机、行李和旅客顺畅流动。

引用: He, Y., Kelly, K., Jeffers, M. et al. Energy, power, and infrastructure demands from electrifying airport ground support equipment at United States airports. Nat Commun 17, 4612 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-71125-4

关键词: 机场电气化, 地面支援设备, 电动汽车, 能源需求, 太阳能与电池储能