ARPA-E des US-amerikanischen DOE stellt GE, anderen, 10 Mio. USD an Finanzmitteln für Elektroflugzeuge zur Verfügung

Die Agentur für fortgeschrittene Forschungsprojekte des US-Energieministeriums (ARPA-E) hat kürzlich die Freigabe von Finanzmitteln für mehrere Organisationen angekündigt, die an Elektroflugzeugen arbeiten, darunter General Electric, im Rahmen des CABLES-Programms (Connecting Aviation By Lighter Electric Systems).

„Zukünftige vollelektrische Doppelgangflugzeuge werden mehr als 50 MW Stromverteilungskapazität benötigen“, so die Agentur sagte in einem Blog-Beitrag im letzten Jahr. "Daher besteht das angestrebte Ergebnis dieses Themas darin, eine Megawatt-Skalenverteilung mit minimalen Auswirkungen auf das Gewicht zu ermöglichen und gleichzeitig die hohen Anforderungen an Zuverlässigkeit und Sicherheit der Luftfahrt aufrechtzuerhalten."

Ende letzten Monats hat GE getwittert und alle wissen lassen, dass das Projekt jetzt voranschreitet.

GE-Ingenieure führen „MAAGIC“ mit durch @ ARPAE zu helfen zu ermöglichen #elektrisch Flug. Lesen Sie den Blog der Agentur, um mehr über unser aufregendes neues Projekt zu erfahren. https://t.co/3Z7mFpPYFK – Klicken Sie auf das Thema "Anschließen der Luftfahrt durch leichtere elektrische Systeme (CABLES)". @ GEAviation pic.twitter.com/Jw6f9Zu7uU

– GE Research (@GEResearch) 26. Februar 2021

Geförderte Projekte

Die Idee hinter all diesen Projekten ist es, ein Verkabelungssystem zu bauen, das die Lasten eines zukünftigen Elektroflugzeugs bewältigen kann, ohne zu groß, schwer und sperrig zu sein, um in der Luft effektiv zu sein. Wenn Sie einen großartigen Elektromotor, großartige Batterien, aber keine leichte Möglichkeit haben, die Leistung von einem zum anderen zu bringen, sind Sie immer noch geerdet.

Der diesbezügliche Ansatz von GE heißt Megawatt Any-Altitude Gas Insulated Cable-System für die Stromverteilung in Flugzeugen (auch bekannt als MAAGIC). Es ist geplant, Kohlendioxidgas zu verwenden, um die Stromkabel zu isolieren und zu kühlen. Sobald die Technologie für die Produktion bereit ist, wird sie auch für andere Arten von Elektrofahrzeugen am Boden und im Meer nützlich sein. Darüber hinaus wird es für Offshore-Windkraftanlagen nützlich sein. Die Gesamtfinanzierung hierfür betrug knapp 3,5 Millionen US-Dollar.

Das Illinois Institute of Technology wird an Leistungsschaltern arbeiten, die die gleichen Belastungen wie die gasisolierten Kabel von GE aushalten können. Laut ARPA-E leitet die fortschrittliche Unterbrechertechnologie „einen Gleichstrom-Laststrom durch eine supraleitende Hochtemperaturwicklung eines Impulstransformators. Im Fehlerfall speist der SMCI über den Transformator eine hohe transiente Spannung ein, treibt den Fehlerstrom schnell auf Null und hält den Strom als kleinen Wechselstrom-Welligkeitsstrom, sodass der mechanische Schalter sicher öffnen und den Fehler isolieren kann. “ Die Finanzierung hierfür beträgt etwas mehr als 750.000 US-Dollar

Der Ansatz von Virginia Tech heißt EPS, möglicherweise a nicke Star Trek zu. In diesem Fall steht EPS jedoch für Electric Power System (leider keine Plasmakanäle, aber das bedeutet keine explodierenden Konsolen oder fliegenden Steine, das ist also ein Plus). Laut ARPA-E gehören zu den Innovationen des Systems „Leiter mit erhöhter Stromtragfähigkeit; ein mehrschichtiges multifunktionales Isolationssystem aus Materialien mit außergewöhnlich hoher Wärmeleitfähigkeit; und eine neue Isolationslösung für höhere Spannungen mit überlegener mechanischer Festigkeit und elektrischer Zuverlässigkeit. “ Die Finanzierung hierfür betrug knapp 1,2 Millionen US-Dollar.

Die University of Tennessee arbeitet an Halbleiterschaltern für Flugzeuge. "Das Team wird eine modulare Architektur mit einem hochintegrierten kundenspezifischen Modul entwickeln, fortschrittliche Festkörper-Halbleiterbauelemente verwenden, die auf kryogene Temperaturen gekühlt werden, und Schutzinformationen integrieren, um die Projektziele zu erreichen." Die Finanzierung hierfür beträgt 1,4 Millionen US-Dollar.

Advanced Conductor Technologies LLC aus Boulder, Colorado, arbeitet an Kabeln, die keine Unterbrecher benötigen. „Die Kabel und Stecker enthalten eine Isolierung unabhängig vom als Kühlmittel verwendeten kryogenen Medium und ermöglichen eine Betriebsspannung von 10 kV. Aufgrund ihrer Fähigkeit zur Begrenzung des Fehlerstroms können die Kabel das Stromverteilungsnetz vor Überströmen schützen. Diese intrinsische Fähigkeit wird die Komplexität des Stromverteilungsnetzes verringern und gleichzeitig dessen Zuverlässigkeit verbessern. “ Wenn dies funktioniert, sparen sie viel Gewicht und Volumen für Flugzeuge. Die Finanzierung hierfür betrug 1,4 Mio. USD.

Hyper Tech Research, Inc. aus Columbus, Ohio, wird an Kabeln arbeiten, die mit Flüssigerdgas gekühlt werden. Diese niedrige Temperatur wird auf etwa 120 Grad Kelvin (-153 ° C) abgekühlt und hilft den Kabeln, viel Strom bei hohen Spannungen zu bewegen, ohne groß und sperrig sein zu müssen. Die Isoliergase können in Antriebssysteme zurückgeführt oder in einem Bordgenerator verbrannt werden. Die Finanzierung hierfür betrug rund 1,6 Millionen US-Dollar.

Warum diese Projekte wichtig sind

Die elektrische Luftfahrt, insbesondere für große Passagier- und Frachtflugzeuge, wird viel Strom benötigen. Die Leistungsdichte von Batterien verbessert sich schnell, so dass es schließlich möglich sein wird, große Flugzeuge mit Batterien zu versorgen. Diese Art von Strom würde bei Verwendung normaler Kabel viel Platz und Gewicht des Flugzeugs beanspruchen, das für Kabel verwendet wird. Ich glaube nicht, dass jemand erklären muss, warum das problematisch wäre.

Es ist gut zu sehen, dass ARPA-E verschiedene Ansätze zur Herstellung kleinerer, leichter Kabel finanziert, die diese Art von Lasten aufnehmen können. Wenn einer nicht klappt, könnte einer der anderen. Mehrere erfolgreiche Ansätze führen zu einer stärkeren Branche, die nicht zu stark von einem Technologietyp abhängig wird. In Zukunft hilft es auch zukünftigen Verbesserungen, über Sackgassen hinaus zu wachsen, anstatt es der Verkabelungsindustrie für Elektroflugzeuge zu ermöglichen, in „lokalen Höchstwerten“ zu stecken, wie Elon Musk sagen würde.

Star Trek-Witze über explodierende Konsolen beiseite, es kann tatsächlich ziemlich gefährlich sein, diese Art von Energie zu bewegen. Wenn etwas schief geht, ist das nicht nur ein kleines elektrisches Feuer. Sie könnten ernsthafte tödliche Probleme haben, wenn etwas mit so viel Strom kurzgeschlossen wird. Der Lichtbogen allein wäre viel stärker als ein Schweißer. Es wird einige Zeit dauern, bis dies richtig und sicher ist, und es ist gut, einen Vorsprung zu haben.

Dies gilt insbesondere angesichts der exotischen und komplizierten Stromversorgungssysteme, die die verschiedenen Organisationen vorschlagen. Wenn die Gasisolierung und / oder das Kühlmittel auslaufen oder sich entzünden, ist die plötzliche Unfähigkeit der Verkabelung, die Lasten zu handhaben, eine beängstigende Aussicht. Frühere Versionen dieser Technologien werden wahrscheinlich teuer, zerbrechlich und fehleranfällig sein. Wir müssen diese Probleme definitiv überwinden und uns zuverlässigen, ausgereiften Technologien zuwenden, wenn wir ihnen in Flugzeugen vertrauen wollen.

Schließlich, wie GE betonte, werden die Technologien dafür nicht nur am Himmel nützlich sein. Schiffsanwendungen, große Bodenfahrzeuge und U-Boote werden von dieser Technologie profitieren. Wie Flugzeuge benötigen auch viele andere Fahrzeugtypen ernsthafte Energie, haben jedoch keinen Platz für riesige Kabel, um diese Energie zu transportieren. Die Vorteile dieser Energieverteilungstechnologien werden wahrscheinlich auch außerhalb des Transportwesens von Nutzen sein. Es wird eine großartige Sache sein, so viele von ihnen wie möglich erfolgreich zu sehen.