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时间:2020-11-10 09:29来源:E通航 作者:中国航空
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  2015年到2017年底,埃里蒙科一直在空客工作,曾主导创立了空客位于硅谷的创新部门——Acubed,并担任首席技术官。2018年1月,他担任联合技术公司(2019年6月与雷神公司合并,之后更名为雷神技术公司)高级副总裁兼首席技术官。2019年9月,埃里蒙科离开雷神技术公司,之后与乔·高登、约翰·保罗·克拉克以及贾森·蔡一起在洛杉矶创立了环球氢能公司,开始探索建立应用于航空领域的氢能生产和供应的产业链和商业模式,解决氢能源在航空应用方面的障碍。之所以要创立环球氢能,用埃里蒙科的话说,长期以来他一直没有看到大型的航空航天公司在推动诸如氢推进之类的重大技术变革方面有实质性的举措。

  显然埃里蒙科的话有点绝对,在过去的几十年里,人们在探索将氢能源用于航空领域方面,一直都没有停下脚步。氢的单位质量能量密度是传统航空煤油的3倍,但是单位体积的能量密度却要低得多。所以,用氢作为航空燃料,首先要解决的就是燃料在机身上的携带和存储。

  世界上第一架使用液态氢为燃料的飞机是苏联的图-155。图-155是1988年图波列夫设计局在一架图-154民航客机上改进的,用作替代燃料试验平台。1988年4月,图-155实现首飞,动力系统是改进后的NK-88发动机,最初使用液态氢作为燃料,低温燃料箱位于后机身的专门隔舱中。

  在试飞了一段时间之后,图-155 开始使用液化天然气作为燃料,至苏联解体时总计飞行了大约100个航班。苏联航空部门原计划将在图-155上取得的研究成果应用在图-156(换装改进的NK-89发动机的图-155)上,但是由于苏联解体也随之取消。图-155也成为世界上第一种采用液态氢燃料的商用客机。

  在美国,波音是开展航空领域氢燃料研究的先行者之一,该公司曾经为一架钻石公司的DA20飞机改装氢燃料电池动力系统,并成功进行了试飞。而世界上第一种可以用来载人的氢燃料电池动力飞机,则是德国宇航研究中心(DLR)研制的HY4混合动力飞机,该机采用双机身设计,可以乘坐4人,搭载了DLR研制的氢燃料电池总成,并于2016年9月完成首飞。

  2010年,意大利都灵大学发起“燃料电池驱动城市间环保飞机”项目,基于该项目研制的Rapid 200-FC是欧洲乃至世界上第一架以气态氢为燃料的飞机,先后完成了6次飞行测试。

  也许在埃里蒙科看来,上述实例更多的是探索意义,还没有进入商业阶段。如果一项创新不能实现商业上的成功,也就算不上实质性的创新。所以环球氢能公司成立之后,将其工作重心聚焦在了两个方面,即建设氢能生产和供应的基础设施,为机场供应氢能;对现有的涡桨支线飞机进行改造使其能使用氢能源,同时为其他机型提供通用化改装模块,解决产业链的最前端和最后端问题。针对上述两项主要工作,“环球氢能”公布的具体时间表与空客公司公布的时间表基本一致。

  埃里蒙科和环球氢能公司的其他高层一致认为,氢是航空运输业真正实现碳中和(CORSIA,全球航空运输业碳中和方案及减排计划,旨在将国际航空运输业碳排放水平控制在2020年的水平)的唯一明确途径,而所需基础设施的复杂性仍然是影响氢能大规模应用的主要障碍。

  2024,氢动力支线要上天?

  在空客发布“ZEROe”3款概念飞机之前,环球氢能公司曾经发文表示,他们已经启动了一项将传统动力支线客机改为氢动力客机的计划。

  环球氢能公司同时还表示,改装后的氢动力支线客机将具备出色的营利能力,并会创造一种新的商业模式,而商业模式的成功则会鼓励制造商研制以氢为能源的全新商业客机。该公司的计划是在冲8或ATR 42支线客机的基础上,通过为期改装燃料电池动力系统以及可更充式氢模块,使其成为氢能源支线飞机。

  在环球氢能的改装计划中,可充式氢模块将有氢能源制造企业直接供应。在未来的商业模式中,氢能源制造企业可以替航空公司担负部分或全部的将传统动力系统改装为氢能源动力系统的改装成本,并以此来换取为航空公司长期供应氢能源。

  在航空运输业中使用氢能源,最大的困难就在于基础设施。氢能源与传统航空煤油有着很大的不同,如果像传统航空煤油那样,使用船舶、卡车、管道等设施运输、储存氢能源,将需要耗费巨资对产业链上的基础设施进行改造或新建。所以,如何低成本实现氢能源的制造、运输和储存,有可能决定着氢动力客机能否真正投入商业运营。

  环球氢能的解决方案是将氢燃料做成一种“干货”,并通过一种安全,快捷的运输方法提供给航空公司。这种“干货”就是可充式氢燃料模块,模块长约7英尺(2.1米),直径为3英尺(0.9米),可以携带液态或压缩气体形式的氢气,这种模块可以通过标准的货物装载设备或叉车进行运输,并通过标准的机舱货盘安装在机身后部。

  据来自环球氢能公司的数据显示,在冲8或ATR 42这类级别的支线客机上,配备的压缩气体氢能源可以满足750千米航程的飞行需要,配备液态氢能源则可以满足1000千米的航程飞行需要。也就是说,在这类级别的客机上,采用氢能源将能够满足75%~95%的航程需求。

  改装时,可充实氢能源模块将被安装在机身后部,所以需要拆除最后两排座椅,这将使这类级别客机的载客量减少至40~50人。但是由于氢能源的经济性,改装之后的飞机仍能保证座公里成本不增加。

  在环球氢能公司将传统动力支线客机改为氢动力客机的技术方案中,储存在后机身模块中的氢能源通过机身背部的管道,将氢能源运输到两侧机翼下面的电池舱中,电池舱中安装有氢燃料电池和电动机,氢能源与氧气反应产生电能,并由电动机带动螺旋桨。所以,在环球氢能的这个改装方案中,本质上是用氢燃料模块取代了电动飞机上的电池模块。
 
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本文链接地址:氢能源就是未来? ——空客氢能源客机项目分析(2)