September 4, 2021
Category: Technologies
57 views
Во многом импульс к внедрению электрических самолетов в коммерческую эксплуатацию является ответом на растущее давление, направленное на снижение воздействия воздушного транспорта на окружающую среду и достижение целей по сокращению углеродного следа отрасли. Но все чаще компании, разрабатывающие такие самолеты, говорят, что существуют веские экономические аргументы в пользу отказа от зависимости от реактивного топлива, что обещает значительное снижение эксплуатационных расходов и возможность сделать короткие, тонкие маршруты жизнеспособными при использовании небольших самолетов.
На прошлой неделе компания Ampaire начала следующий этап летных испытаний в Великобритании в рамках своих планов по переводу девяти- и 19-местных региональных авиалайнеров, начиная с Twin Otter и Islander, на гибридно-электрическую силовую установку. Демонстратор технологии Electric EEL компании работает между аэропортом Эксетер и аэропортом Корнуолл Ньюквей на юго-западе Англии, чтобы оценить операционные потребности для коммерческих услуг, которые, по словам компании, могут начаться к 2024 году. Старший вице-президент по глобальным операциям Сьюзан Йинг сообщила AIN, что Ampaire также начала работу над чистовым проектом гибридно-электрического 19-местного самолета.
Испытания с использованием переоборудованного шестиместного самолета Cessna 337 Skymaster являются частью поддерживаемой правительством Великобритании программы 2Zero (Towards Zero Emissions in Regional Aircraft Operations), в рамках которой оцениваются возможности полетов на гибридных электрических самолетах с юго-запада Англии. Они последовали за серией полетов, проведенных в начале этого месяца на севере Шотландии в рамках проекта Sustainable Aviation Test Environment, который осуществляется при поддержке фонда Industrial Strategy Challenge Fund Великобритании и при поддержке партнеров, включая региональный авиаперевозчик Loganair и аэропорты Хайлендс и Острова.
Ampaire является частью британского консорциума 2Zero, который был создан для изучения решений в области региональных авиационных электрических полетов. В 2020 году он получил 2,4 миллиона фунтов стерлингов (3,3 миллиона долларов) из фонда Future Flight Challenge агентства UK Research and Innovation (UKRI), поддерживаемого правительством, в дополнение к примерно 5 миллионам фунтов стерлингов, которые партнеры инвестируют сами. Среди других партнеров - аэропорт Эксетер, аэропорт Корнуолла Ньюквей, Loganair, Rolls-Royce Electrical, Ноттингемский университет, Местное партнерство предприятий "Сердце Юго-Запада" и UK Power Network Services.
Rolls-Royce работает над новой системой батарей, которые можно будет быстро заменять во время перерыва между рейсами. Производитель авиационных двигателей также работает над системой терморегулирования для EPS с упором на снижение веса.
Однако это далеко не единственный вариант для авиакомпаний, желающих сделать свои самолеты экологически чистыми. Британская компания Faradair завершает разработку проекта своего гибридного самолета Bio Electric Hybrid Aircraft (BEHA). Гибридно-электрическая 18-местная модель будет оснащена турбогенератором Honeywell и электродвигателями, поставляемыми компанией MagniX, которая имеет собственные планы по переводу Twin Otters на электрическую тягу.
Faradair планирует сертифицировать BEHA по правилам части 23 к 2026 году и утверждает, что самолет сможет летать на расстояние около 1 000 миль с взлетно-посадочных полос длиной до 1 000 футов. Его прогнозируемый эксплуатационный потолок составляет 14 000 футов, а крейсерская скорость - около 200 узлов.
По словам основателя и генерального директора компании Нила Клафли, его самолет способен обходить загруженные аэропорты, сокращая время в пути и открывая возможности для путешествий, для которых в настоящее время не существует коммерческих авиалиний и которые не могут быть рентабельными. Он утверждает, что некоторым региональным авиакомпаниям трудно поддерживать рентабельность, работая из крупных аэропортов, таких как лондонский Хитроу, где высокая структура расходов не позволяет им быть конкурентоспособными.
"Представьте себе, если бы вы могли перевозить до 18 пассажиров с аэродрома в пяти милях вверх по дороге [от крупного аэропорта] без толпы, задержек [на контроле] и высокой стоимости базы", - сказал он на вебинаре по авиационной отрасли в мае. "Таким образом, вы можете начать что-то действительно интересное, и поэтому наши показатели на коротких аэродромах будут очень значительными. Наша программа заключается в предоставлении мобильности как услуги и в том, чтобы быть победной".
В Швеции компания Heart Aerospace разрабатывает полностью электрический 19-местный самолет под названием ES-19, который, по ее словам, будет готов к эксплуатации к концу этого десятилетия с дальностью полета около 217 нм. В июле United Airlines и ее региональный филиал Mesa Air объявили о предварительном соглашении о покупке 200 самолетов новой модели с опционами еще на 100. Американские компании также заявили, что они присоединяются к Breakthrough Energy Ventures в раунде финансирования серии А на сумму 35 миллионов долларов для стартапа.
По другую сторону границы, в Норвегии, скандинавская региональная авиакомпания Wideroe является стартовым заказчиком полностью электрического самолета P-Volt компании Tecnam. Rolls-Royce Electrical разрабатывает силовую установку для девятиместной пригородной модели, которая основана на существующем двухпоршневом самолете P2012 Traveller итальянского производителя.
Возможность короткого взлета и посадки P-Volt должна сделать его подходящим для многих небольших аэропортов, обслуживаемых компанией Wideroe по всей Норвегии, где многие населенные пункты сталкиваются с необходимостью долго добираться до других городов. До пандемии Ковид-19 компания Wideroe выполняла около 400 ежедневных рейсов в 44 аэропорта, причем многие из этих маршрутов были короче 150 морских миль. Правительство Норвегии настаивает на внедрении электрифицированных самолетов на внутренних рейсах, начиная с 2030 года, чтобы достичь цели по 80-процентному сокращению выбросов к 2040 году.
Ранее в этом году компания Pipistrel подтвердила свои планы по разработке семейства 19-местных региональных самолетов Miniliner, которые, по ее словам, смогут обслуживать участки длиной до 544 нм и со скоростью до 261 кт. По словам главного технического директора компании из Словении Тине Томазича, прямые эксплуатационные расходы самолета будут на 40% ниже, чем у существующих двухтурбовинтовых самолетов аналогичного размера, а уровень шума будет на 25 дБ ниже.
Компания Pipistrel рассматривает несколько возможных вариантов силовых установок для Miniliners, но, похоже, отдает предпочтение водородной силовой установке с системой топливных элементов мощностью 1 МВт. Компания рассматривает как гибридную конфигурацию с турбиной, так и прямое сжигание водорода с целью обеспечения возможности эксплуатации четырех 350-километровых (190-минутных) секторов последовательно с запасом в 100 км или 45 минут. Самолету, вероятно, потребуется взлетно-посадочная полоса длиной почти 2 600 футов.
Тем временем, два специалиста по водородным двигателям продвигают планы по переоборудованию существующих региональных авиалайнеров. И эти варианты должны появиться на рынке задолго до того, как Airbus достигнет своей цели - запустить в коммерческую эксплуатацию авиалайнер на водородном топливе к 2035 году в рамках своей программы Zero E.
ZeroAvia, которая также получила финансирование правительства Великобритании, намерена установить пару 600-киловаттных электрических силовых установок и водородные топливные баки на 19-местные самолеты Dornier 228, предоставленные британским оператором Aurigny Air и американской компанией AMC Aviation. Компания планирует получить дополнительный сертификат типа на переоборудование к 2024 году.
Universal Hydrogen сосредоточена на планах по переоборудованию таких типов самолетов, как ATR и Dash 8, с использованием силовой установки на топливных элементах мощностью 2 МВт и собственной концепции хранения сжиженного водорода в капсулах, которые будут загружаться в отсек в задней части салона. В апреле калифорнийская компания привлекла 20,5 миллионов долларов в рамках серии А финансирования, а в число ее спонсоров входят JetBlue, Airbus и специалист по топливным элементам PlugPower. Icelandair, испанская Air Nostrum и базирующаяся на Аляске Ravn Air подписали письма о намерениях заменить существующие турбовинтовые самолеты Pratt & Whitney на Dash 8 и ATR к 2025 году.
Тем временем компания Ampaire использует Electric EEL для завершения разработки своей трехмодульной электрической силовой установки (EPS), которая состоит из электродвигателя, блока инвертора мощности и комплекта батарей. На переоборудованном Skymaster эта система приводит в движение один пропеллер в передней части самолета, в то время как поршневой двигатель Continental IO-550, установленный в задней части самолета, работает в оригинальной конфигурации с толкающим двигателем.
После завершения полетов между Оркнейскими островами в Шотландии и Уиком на материке, 23 августа Electric EEL совершил 418-мильный перелет из Перта в Эксетер. Это побило предыдущий рекорд Ampaire по самому длинному гибридно-электрическому участку в 341 милю, который был пройден в октябре 2020 года между Лос-Анджелесом и Сан-Франциско.
Инг рассказал FutureFlight, что после завершения разработки EPS, вероятно, потребуется еще два года, чтобы завершить процесс STC для таких самолетов, как TwinOtter и Islander. Компания Ampaire, которая в настоящее время принадлежит платформе бронирования авиабилетов Surf Air, считает, что она может обеспечить снижение эксплуатационных расходов примерно на 30 процентов.
По словам компании, помимо сокращения выбросов от двигателей, сжигающих реактивные двигатели, она может обеспечить 30-процентное сокращение эксплуатационных расходов, что позволит обосновать необходимость новых регулярных рейсов между небольшими аэропортами. Инг сказал на брифинге для СМИ 24 августа в аэропорту Эксетер, что проблемы, с которыми столкнулись региональные авиакомпании во время кризиса Ковида, сделали еще более насущной задачу снижения эксплуатационных расходов, а также экологической устойчивости ближнемагистральных перевозок. "Недостаточно просто продемонстрировать, что технология [гибридно-электрической] силовой установки работает", - заявила она. "Вы должны быть в состоянии показать, что это экономически целесообразно и что эксплуатационные аспекты также являются таковыми".
Доказательство эксплуатационной целесообразности гибридно-электрического парка является ключевым аспектом летных испытаний Ampaire в Великобритании, которые проводятся на основе работы, проделанной в прошлом году на Гавайях с региональным оператором Mokulele. Работая со своими партнерами из аэропортов и авиакомпаний, компания уделяет особое внимание таким факторам, как подзарядка батарей во время быстрых наземных разворотов, которые на небольших аэродромах на шотландских островах могут составлять от четырех до 10 минут.
В аэропорту Эксетер компания Ampaire разрабатывает три потенциальных решения, которые позволят сделать подзарядку электрических самолетов эффективной и экономически выгодной. Они включают установку станций прямой зарядки с использованием возобновляемых источников энергии для прямого подключения к самолету; процесс зарядки комплектов батарей, которые затем будут использоваться для зарядки батарей самолета; а также меры по быстрой замене батарей, пока самолет находится на земле. Команда инженеров компании также работает над планами по разработке серии батарей, предназначенных специально для использования в авиации, а не на основе оборудования, разработанного для дорожных транспортных средств.
Пит Дэвис, управляющий директор государственного аэропорта Корнуолла Ньюквей, считает, что новые самолеты откроют интересные маршруты для населения, которому в противном случае придется долго добираться до других частей Великобритании или пользоваться неудобным железнодорожным сообщением. "Мы обязаны участвовать в подобных проектах, потому что жители Корнуолла [самого юго-западного графства Англии] с нетерпением ждут, когда полеты станут более жизнеспособным и экологичным вариантом. Это может опередить другие виды транспорта".
По его мнению, переход на электрические или водородные самолеты может произойти быстрее в таких аэропортах, как Корнуолл, из которого по расписанию выполняются 16-местные рейсы в 60-мильном секторе на острова Скилли и 29-местные рейсы в города на севере Англии. По словам Дэвиса, он ожидает, что правительство Великобритании окажет поддержку, чтобы стимулировать операторов к действиям, направленным на достижение цели по созданию к 2040 году внутренних рейсов с нулевым уровнем выбросов углерода.
Для компании 2Zero и партнера программы Sustainable Aviation Test Environment компании Loganair работа с Ampaire является частью инициативы британского оператора "Зеленое небо", в рамках которой он обязался достичь безуглеродной эксплуатации самолетов к 2040 году. Компания начала этот процесс с компенсации выбросов углекислого газа от своих полетов, но хочет разработать план по переоборудованию или замене своего существующего парка, который включает Islander, Twin Otters и Saab 340, а также ATR 42 и 72 и самолеты Embraer ERJ 135 и 145.
"Мы руководствуемся тем, какие технологии доступны, и ни одно из запланированных решений пока не существует, но мы будем переходить на эти типы технологий", - сказал AIN Энди Смит, руководитель отдела стратегии устойчивого развития компании Loganair. Именно поэтому оператор поддерживает несколько инициатив, включая программу ZeroAvia и базирующийся в Великобритании проект Fresson, который рассматривает возможность перевода жителей островов на водород.
В рамках сотрудничества с Ampaire компания делится подробной информацией о своих операционных требованиях. "Мы - одна из немногих крупных [региональных] авиакомпаний, которые все еще эксплуатируют небольшие самолеты, а с учетом коротких взлетно-посадочных полос и жестких условий, от которых мы зависим, предположения о подзарядке электрических систем на основе аккумуляторов могут быть очень ошибочными", - сказал Смит.
Как и другие операторы, Loganair вынуждена рассчитывать, в какой момент ей следует принять решение о модернизации парка самолетов на основе гибридных, полностью электрических или водородных технологий, помня о том, что усовершенствованные технологии могут быть не за горами. Водород привлекает авиакомпанию тем, что его можно производить совершенно без выбросов углекислого газа, используя воду и солнечную энергию.
"Суть проблемы в том, что появляется так много интересных технологий, и мы не хотим оказаться в ситуации "курица с яйцом" [между переоборудованными самолетами, которые могут появиться раньше, и новыми самолетами, которые могут занять больше времени], так что для ранних последователей это может оказаться болезненным", - заявил Смит.
По его мнению, авиакомпаниям, особенно в условиях кризиса Covid, потребуется государственная поддержка или стимулы, чтобы оправдать значительные финансовые обязательства по переходу на "зеленые" технологии. Некоторые из тех, кто выступает за авиацию с нулевым уровнем выбросов углерода, предлагают правительствам начать облагать налогом топливо для коммерческой авиации, чтобы заставить перейти от ископаемого топлива, но Смит считает, что это не поможет и не будет разумным.
"Налогообложение на углерод не поможет авиакомпаниям перейти на другие виды топлива", - прокомментировал он. "Стоимость экологически чистого авиационного топлива уже в три-четыре раза выше, чем авиакеросина. Когда авиакеросин стоил столько же раньше, авиакомпании выходили из бизнеса налево, направо и налево. Авиакомпании взяли на себя мощные добровольные обязательства. Мы уже почти десять лет платим за углерод через [европейскую] схему торговли квотами на выбросы, но у наших железнодорожных конкурентов нет таких затрат, даже когда они сжигают дизельное топливо".
В первую очередь, Loganair ожидает увеличения стоимости владения при переходе на новые или переоборудованные самолеты, поэтому она добивается от таких компаний, как Ampaire, снижения общей стоимости их силовых установок. "Это может заставить авиакомпании пересмотреть свои операционные модели", - заключил он. "Это может сделать практичными полеты на очень короткие расстояния, а это означает такие изменения, как возможность цифрового общения с клиентами [по поводу наличия рейсов] и более быстрое и беспроблемное обслуживание в аэропорту".
В новом совместном исследовании, опубликованном в августе транспортными консультантами Roland Berger и Королевским аэрокосмическим центром Нидерландов (NLR), ставится вопрос о том, смогут ли электрические самолеты когда-либо конкурировать по стоимости с существующими лайнерами. Ответ исследования заключается в том, что в небольших масштабах они, возможно, смогут, но только при условии государственного субсидирования в той или иной форме.
Для целей исследования NLR разработала гипотетический 19-местный субрегиональный полностью электрический самолет на основе модификации двухтурбовинтового BAE Jetstream 32 1980-х годов и определила, что он сможет работать на маршрутах протяженностью до 700 км (381 нм). Это было основано на оптимистичном предположении, которое авторы, Нихил Сачдева, старший менеджер проекта в Roland Berger, и Вим Ламмен, инженер-исследователь из NLR, признают, что батареи с плотностью энергии 1 000 Вт-ч/кг будут доступны. Даже в этом случае признается, что в качестве резервного источника энергии потребуется турбинный двигатель.
На первый взгляд, в отчете делается вывод, что этот самолет будет на 10 процентов дешевле обычного субрегионального самолета благодаря более низким затратам на энергию и техническое обслуживание. Однако, по мнению авторов, это не учитывает реальные факторы, такие как аэропортовые сборы и необходимость облета большего количества секторов для перевозки того же количества пассажиров, оплачивающих проезд, что и большие региональные авиалайнеры. Если учесть эти факторы, то воображаемый электрический самолет будет на 35% дороже, чем более крупный самолет ERJ-145 компании Embraer, на 45% дороже, чем двухтурбовинтовой ATR42, и на 65% дороже, чем гораздо более крупный A319neo.
Авторы предлагают правительствам субсидировать аэропортовые сборы, чтобы стимулировать использование более экологичных электрических самолетов. Они также признают, что они могли бы использовать меньшие, менее дорогие аэропорты, которые предлагали бы путешественникам более прямые стыковки "от двери до двери".