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航空业“脱碳”压力陡增 “减排”从替代燃料和电气化开始

作者:王潇雨 黄兴利

来源:华夏时报

发布时间:2021-03-26 18:21:26

摘要:在全球各国纷纷将减少碳排放作为未来几十年内一项国计民生级别的“战略任务”之时,一向在这个问题上被视为“靶子”的航空运输业不得不在疲于应对疫情造成的行业大衰退情况下,仍然开始抽出大量的资源投向提升效率并降低排放,甚至是实现彻底零排放目标而寻求可行性更高的路径上来。

航空业“脱碳”压力陡增 “减排”从替代燃料和电气化开始

(罗罗1号发电系统)

华夏时报(www.chinatimes.net.cn)记者 王潇雨 黄兴利 北京报道

在全球各国纷纷将减少碳排放作为未来几十年内一项国计民生级别的“战略任务”之时,一向在这个问题上被视为“靶子”的航空运输业不得不在疲于应对疫情造成的行业大衰退情况下,仍然开始抽出大量的资源投向提升效率并降低排放,甚至是实现彻底零排放目标而寻求可行性更高的路径上来。

航空业的减碳思路

“有机构测算,航空业的碳排放量占到全球排放量的2%左右,不算一个排放的‘大户’,但在航空领域实现减排非常困难,”英国动力系统提供商罗尔斯·罗伊斯(下称“罗罗”)大中华区总裁李安(Julian MacCormac)在日前举行的媒体沟通会上,对包括《华夏时报》在内的媒体透露,“这也是罗罗目前的专注的方向,希望可以为航空业减排做出一些贡献。虽然公司目前面临诸多挑战,但去年我们提出了一个目标,要在2050年之前为所在的行业通过提供解决方案实现零碳排放,但对我们公司来说,则是希望能够在2030年在全球的运营中实现碳排放归零。”

过去一年以来,受到新冠疫情影响,全球的民用航空业承受着巨大的压力,航空公司要承受客流骤降导致的现金流压力,制造企业则面临着未来一个时期内订单萎缩的危机。尽管如此,在面对“减排”这一关乎行业未来前景的问题时,仍将之视为与企业和行业的前途息息相关的重要抉择。

3月18日,欧洲空中客车公司(下称“空客”)、德国DLR研究中心、罗罗以及可持续航空燃料生产商Neste联手启动了具有开创性的“替代燃料排放和气候影响”(ECLIF3)项目,研究使用100%可持续航空燃料对飞机排放和性能的影响。

该研究将使用以罗尔斯·罗伊斯遄达XWB发动机为动力的一架空客A350-900飞机进行地面和空中测试。研究结果将支持目前正由空中客车和罗尔斯·罗伊斯进行的工作,来确保航空业为大规模使用可持续航空燃料做好准备,将其作为行业脱碳更广泛举措的一部分。

项目组已经在法国图卢兹的空客园区开始了发动机燃料许可测试,包括首飞测试检查使用100%可持续航空燃料与飞机系统的运行兼容性。随后,项目组将在4月开始并在秋天继续突破性的飞行排放测试,使用DLR研究中心的猎鹰20-E“追踪飞机”进行测量以调查使用可持续航空燃料的排放影响。同时,项目组还将进行进一步的地面测试来测量颗粒物的排放,以表明使用可持续航空燃料对机场运行的环境影响。

飞行和地面测试都将使用HEFA(加氢处理的酯和脂肪酸)技术生产的100%可持续航空燃料与化石煤油和低硫化石煤油进行比较。

航空运输业并非在当前全球各国普遍对减碳达成较为广泛的共识之后才开始考虑这方面问题,实际上十多年来行业一直都在寻求让飞行变得更加“绿色”,使用可持续性的新型燃料替代传统的化石燃料是目前在这个领域推进阶段最为成熟的方案。

早在2011年,荷兰皇家航空公司就成为全球第一家在商业航班中使用生物燃料的航空公司,包括航空制造商、能源公司、航空公司以及诸多科研机构也一直持续在进行这方面的工作,过去十年里,包括中国航司、科研机构等在内的诸多企业已经进行了大量相关的研究和测试工作,从目前的研究成果判断,可替代性燃料有非常大的可能性完全替换化石燃料,成为航空运输业新的驱动力。

在ECLIF3项目中,使用的可持续航空燃料将由全球领先的可持续航空燃料供应商Neste提供。英国曼彻斯特大学和加拿大国家研究委员会将会在地面测试中进行用于表征颗粒物排放的补充测量和分析。

DLR研究中心ECLIF项目经理Patrick Le Clercq博士表示:“在此前的研究项目中,我们已经能够证明30%至50%的混合替代燃料的减排潜力,我们希望这个新项目能展现更大的潜力。”

在李安看来,“未来一个时期内,民用航空依然需要依靠传统的燃气轮机为动力核心,罗罗投入巨资研发的新一代航空发动机产品不仅可以实现不25%的燃油效率提升,并且也能够100%使用可替代性燃料运行。”

除了传统的燃气轮机领域,罗罗在最近一次对业务结构进行的深度调整中,也开始讲航空领域的电气化作为一项核心任务,并开展相关的研发工作。

罗罗的新动力

“现有的大型商用客机短期内实现电气化并不现实,但我们如果将大型客机的航程和载荷缩减,就可以找到电气化施展的空间,”李安对本报记者在内的媒体表示,“我们目前在进行一系列相关的研究,一种会有商业前景的应用是小型的电动飞机,另一种就是电动垂直起降eVTOL。”

3月中旬,罗罗宣布完成了一架名为“创新精神”号小型电动飞机的滑行测试,这架拥有500马力(400千瓦)电动动力系统和最新储能技术的小型飞机目标是创造电动飞机飞行时速的世界记录。

“创新精神”号计划在今年上半年进行首次试飞,此次滑行测试是实际试飞前对飞机推进系统集成的一次关键测试。按照试飞计划,在最大功率下电动动力系统和先进电池系统相结合将使该飞机的飞行时速超过300英里/小时。

这并非罗罗第一次在电动飞机领域的尝试,去年意大利通用飞机制造商泰克南公司(Tecnam)就已经宣布与罗罗合作研制电动支线飞机,执行客运、医疗后送、货运等任务。该型号名为P-Volt,可容纳9名乘客,采用全电推进系统。此前,泰克南公司曾与罗罗公司合作开展了H3PS混合电推进四座通用飞机研制工作。

而更早的时候罗罗还与空客联合启动了E-Fan X电动飞机的研发,并在空客因自身战略调整结束该项目之后,在此前的研发基础上继续推进一项被称为“航空用最强大混合电动发电机”的研发工作。该系统的核心是一台发电机,大小不超过一个啤酒桶,功率却达到2.5兆瓦,足以为2,500户家庭供电。

今年1月,罗罗宣布这个名为1号发电系统(Power Generation System 1,PGS1)的设备正在成型,准备年内进行首次地面试车。该系统必须安全可靠运行以满足航空业的严苛标准。

所有电缆都已准备好接通PGS1的各个部件,将发电机连接到AE2100燃气轮机和3000伏电力电子系统。在罗罗完成在挪威特隆赫姆定制高压测试工厂进行的发电机试验后,可以迅速完成连接。

尽管研发电动飞机和电力驱动用于城市空中交通的短距离垂直起降飞行器已经形成热潮,全球从传统的航空制造企业到新兴的创业公司已经发布了眼花缭乱的诸多设计方案,但其最终将实现的效果显然取决于动力系统所能达到的技术水平。

按照罗罗目前诸多的相关项目进展,除了PGS1之外,还包括把电动系统集成到电动垂直起降eVTOL中的飞行器,能以200英里/小时的巡航速度搭载四名乘客飞行120英里,并将于2024年进行认证。

同时,罗罗还将设计电动推进系统的系统架构,包括100千瓦级升力和推力电动推进装置在内的电动动力系统,配电系统和支持运营的监控系统。

按照罗罗电气化总监Rob Watson的说法,飞行电气化是公司可持续发展战略的重要组成部分,罗罗在航空业电气化的目标之一就包括成为城市空中交通市场提供动力系统的技术领导者。

责任编辑:黄兴利 主编:寒丰


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