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欧洲计划在2035年实现氢能源客机商业化

时间:2020-07-27 09:47来源:民机战略观察 作者:中国航空

 



氢能源推进和合成燃料对环境的影响比较(图片来源:麦肯锡《氢能源航空:到2050年前氢的技术、经济和气候影响研究》,许赟汉化)

  目前,空客公司尚未宣布在涡轮双引擎中燃烧氢气或在机身中安装燃料电池之间做出选择,尽管后者通常被视为最有效的氢能源使用方式。使用液态氢还是气态氢仍旧在考虑之中,相应的选择燃料电池还是涡轮发动机,最终的技术方案将对氢能源飞机及整个配套生态系统(从机场设施到空中交通管理)产生重大影响。气态氢和液态氢各自的优点正在被彻底评估,法国政府资助的Hyperion研究计划将评估氢气飞机推进的风险,包括低温系统。这表明空客正在考虑液态氢,而不是压缩氢--前者的储存方式看起来更适合航空业对能量密度的需求,但在技术和效率上都更具挑战性。

  法国国家航空航天研究院(Onera)推进和环境项目主任菲利普-诺维利认为,气态氢可能只适合在小尺寸飞机上使用。“洁净天空”计划的首席科学官让·弗朗索瓦·布劳卡尔特(Jean-Francois Brouckaert)也认为,对于一架载客量超过19人的飞机而言,使用气态氢进行加油将是非常漫长的。麦肯锡的报告也持相同的观点,认为液态氢更适合大多数航空业,但它并没有排除气体的可能性。它指出:"气体储存可以适合较短的飞行,并且可以商业化使用。"使用气态氢可能会使飞机更快地进入市场,但是可能飞机大小将限制在19座级。同时,燃料电池的效率为55-60%,与燃气涡轮发动机的40-45%相比,效率更高,将燃料电池和螺旋桨结合起来非常适合航空推进。虽然技术进步很快,但目前燃料电池的功率密度较低,对于A320级别的短程干线客机而言,仅使用燃料电池可能难以满足10兆瓦级的功率需求,更好的方案可能是使用燃料电池和(使用氢气燃料的)涡轮风扇的组合,后者只在起飞时使用。此外,与在涡轮发动机中燃烧氢气相比,使用燃料电池还拥有额外的好处:燃料电池排放的水蒸气温度较低,在飞机内部完全可以控制,从而最大限度地减少尾迹,意味着可进一步优化巡航高度。

  空客公司在进行氢动力飞机验证机的相关技术开发的同时,也已进行了氢动力飞机生态建设的初步探索。空客公司已与EasyJet和ScandinavianAirlines等航空公司签署了谅解备忘录,共同探讨将氢能源飞机引入民航生态系统的问题与途径:包括运营现实的变化、航空公司愿意做出的妥协与改变、以及潜在的不同商业模式。空客公司针对氢能源客机运营模型显示,通过采用“轮辐式”运营网络可以使氢能源客机满足“数量惊人”的欧洲民航航班,而这种模式下氢能源的基础设施可仅在枢纽机场提供。

  三、氢能源航空应用前景分析




  可持续航空燃料技术比较(图片来源:麦肯锡《氢能源航空:到2050年前氢的技术、经济和气候影响研究》,许赟汉化)

  作为新能源动力而言,在传统电池技术未出现革命性创新之前,氢能源显然具有更多的优势,类似结果已经在新能源汽车领域出现。日本本田公司的氢燃料电池汽车已经展示了更好的续航里程和更可接受的能量更换时间。实际上,除麦肯锡公司外,罗兰·贝格和奥利弗·威曼也在去年发布了类似的研究结论,为氢能源商业航空运输的可行性提供了背书。欧洲将大规模的资源投入到环保飞机的设计中,不仅仅是为了满足未来民航运输业的环保需要,也是为了推动欧洲氢能源产业发展,抢占民机新技术发展制高点,同时还可能会迫使竞争者效仿。美国航空航天局局长吉姆·布里登斯廷评价法国政府的投资政策时表示:“保持这种研发资金的投入是非常重要的。无论是作为一个机构和国家,我们需要将这个时刻(指冠状病毒疫情影响)作为一个领导的机会,而不是把它作为一个落后的机会。法国政府的投资正是如此……现在是为变革性前沿技术进行投资的时候了……”

  法国政府也并未将赌注仅压在氢能源航空上。针对航空业的救助计划,法国政府为加速绿色航空的发展还在实施其它更具可行性的项目,包括:研制一款预计于2030年代初投入使用的空客A320替代机,将采用涵道比20-25的超高涵道比涡扇发动机和机体-发动机一体化设计,预计降低30%的油耗;另一个名为"Majestic "的研究项目是研究一种包含控制的大展弦比机翼,将降低30%的燃油消耗。(航空工业发展中心 许赟)

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