每天，联邦航空管理局（FAA）要协调全国超过 44,000 架次航班的起降，这些航班的运行都离不开机场空中交通管制塔（ATCT）工作人员的指挥。

ATCT 是美国交通和经济体系中的关键基础设施，每年保障数百万旅客和大量航空货物的安全运输。一旦 ATCT 停摆，航空出行的安全性将大幅下降，甚至可能导致航班大面积停运。无论是电网过载还是自然灾害引发的停电，都可能对 ATCT 造成严重影响，后果不容忽视。

正因如此，FAA 与落基山国家实验室（NLR）展开合作，研究如何让 ATCT 在能源上实现更高程度的自给自足：在长时间电网中断的情况下，依靠自身发电或储能继续运行。

NLR 分析研究员、项目首席研究员 Bhavesh Rathod 指出：“当前电网在不断增长的用电需求以及愈发频繁的野火和风暴压力下，故障风险在上升。停电可能持续数小时甚至数天。本项目帮助 FAA 找出适合进一步研究的管制塔，了解它们如何在多小时的电网中断期间保持运转。”

简化关键设施的决策流程

FAA 拥有并监管超过 250 座 ATCT，这些管制塔分布在全美不同气候区，从火灾风险高的干旱地区到易受洪水影响的沿海区域。一些管制塔所在区域电网本身就负荷较重、停电频繁。这种地理与电力条件的差异，使 FAA 在选择提升可靠性的技术路径和优先改造对象时面临不小挑战。

NLR 项目研究员 David Sickinger 表示：“FAA 还必须把大量精力投入到其核心任务上——确保航空系统每天的安全与高效运行。”

因此，FAA 委托 NLR 利用其实验室的分析工具和能力，开发并验证一套决策框架，供 FAA 在关键设备相关决策中使用。

NLR 与 FAA 长期合作，曾协助评估先进飞机相关的能源基础设施和网络安全需求。在本次 ATCT 项目中，NLR 得以查阅 FAA 关于全国 ATCT 现状的内部报告，从而建立其电力供应和可靠性方面的基线认知。为验证这套框架，研究团队还对两个机场进行了深入的现场调研。

通过这些数据和实地信息，NLR 得以确保所提出的框架既可操作又贴近实际，为机场提供了清晰、可执行的路径来增强自身韧性。

多路径提升可靠性

目前，大多数 ATCT 依赖电网供电，并配备柴油或天然气发电机作为备用电源。这些备用设备通常容量较大，足以在停电时承担关键负载。但如果在此基础上增加现场分布式能源资源（DER）和电池储能，不仅可以在大范围停电时延长可持续运行时间，还能在发电机故障或燃料供应中断时提供额外保障。

这些配置的价值并不只体现在停电场景中，还可能带来日常运营成本的降低。

Rathod 解释说：“发电机在电网正常时几乎不会使用，大部分时间处于闲置状态。但如果引入现场发电和储能，即便在电网正常运行期间，也可以减少从电网购电，尤其是在电价高企的用电高峰时段。”

为提升整体可靠性，研究团队采用了多种手段相结合的方式，将建模、电网分析和工程经验整合起来，聚焦两个目标：

• 梳理提升 ATCT 能源效率的方案，从在现有基础设施上实施节能措施，到引入微电网和移动电源等创新配置；
• 明确评估 ATCT 是否可通过计量点后的 DER（包括电池储能）提升可靠性的步骤和方法。

NLR 团队不仅评估了支持 ATCT 脱离电网运行的新技术可行性，还识别出一系列降低整体能耗的机会，例如更换更高效的照明设备、采用集中供暖制冷系统、部署先进热管理系统以及改善建筑保温性能等。虽然这些措施看似基础，却往往是最优先、最具性价比的改进方向。

Rathod 强调：“节能策略可以降低 ATCT 对备用能源的需求，从而减少其脆弱性和相关设备投资。”

为评估在 ATCT 中部署 DER 和电池储能的可行性，团队制定了一套指标和问题清单，供 FAA 工作人员参考，包括现场条件、电价结构、电负荷变化特征以及历史停电记录等。

在全国机场开展可行性验证

NLR 的 REopt 技术经济决策支持平台是本项目的核心工具。研究团队利用 REopt 模拟如何通过本地能源资产以经济高效的方式满足场站的电力需求。不过，Sickinger 也指出，鉴于 ATCT 属于关键基础设施，成本并非唯一或首要考量。

他表示：“与单纯依赖电网和应急备用相比，现场发电在支持电网运行的同时，可能带来全生命周期成本节约。但更重要的是，它为电网过载或无法满足管制塔需求时提供了额外的可靠性保障。”

团队将模型应用于美国七个选定机场进行验证，这些机场包括多个中大型国际机场和一个小型区域机场。结果显示，并非所有地点都适合或有经济动力部署现场能源资产。

其中两个机场的电价水平较低，引入 DER 发电难以获得额外经济收益；另有一个机场周边缺乏可用于部署 DER 的空间。有的管制塔只需配置电池储能即可满足需求，而另一些则需要电池储能与 DER 组合支持。

Rathod 总结说：“这次建模凸显了两点：第一，机场必须从长期使用的角度规划其基础设施，并在有限资金下根据设施现状进行优先级排序；第二，不存在适用于所有机场的一刀切方案。”

在对两个机场的现场走访中，研究团队与 FAA 一线运营人员进行了直接交流，了解了许多实际运行中的细节问题，并据此对分析方法进行了调整。

Sickinger 回顾道：“我很重视听取工作人员在日常运行中遇到的挑战，以及他们对 ATCT 的期望。我们分析中的不少建议，正是源自这些实地交流。”

机场的后续行动路径

研究团队最终以一本指南的形式向 FAA 提交了研究成果，FAA 工作人员可以依照该指南复用 NLR 的分析方法，用于自身设施的优先级和技术选择决策。NLR 还基于其长期使用的 NLR 场景查看器开发了可视化工具，以灵活的仪表板形式呈现相关数据集。

借助这本指南、REopt 工具以及可视化平台，FAA 各层级人员都可以对全国任一机场开展更深入的分析。REopt 提供免费网页版，功能足以评估不同技术方案的经济性与可靠性表现。

Rathod 表示：“这些资源为 FAA 提供了多层次的信息支撑，帮助其优化决策过程。这也是我们扩展能力、降低运营成本，并提升全国 ATCT 安全性和可靠性的重要途径。”