Elektroflugzeuge brauchen leistungsstarke Häfen

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Eine NREL-Studie zeigt, dass für das Aufladen von eVTOL Netzaufrüstungen erforderlich sind, die Erzeugung und Speicherung vor Ort jedoch hilfreich sein kann

Elektrische Flugzeuge mit vertikalem Start und Landung (eVTOL) könnten Passagiere schnell über Berge befördern oder sie durch Stadtlandschaften schweben lassen. Doch zunächst muss bei diesen Flugbatterien berücksichtigt werden, wo sie aufgeladen werden sollen und ob die vorhandene Stromnetzinfrastruktur diesen Bedarf decken kann.

Das National Renewable Energy Laboratory (NREL) hat dieses Problem für die Federal Aviation Administration (FAA) analysiert, um die Behörde bei der Planung eines möglichen Wachstums des eVTOL-Betriebs und seiner Auswirkungen auf das Stromnetz zu unterstützen. Die Ergebnisse des NREL für FAA sind jetzt im verfügbar Studie der Federal Aviation Administration zur elektrischen Infrastruktur von Vertiport.

Das 18-köpfige NREL-Team erstellte die Studie, indem es Flugzeughersteller und potenzielle Vertiport-Standorte befragte, realistische Servicerouten analysierte und die Infrastrukturinvestitionen untersuchte, die eVTOL ermöglichen könnten. Unter Nutzung mehrerer öffentlich verfügbarer NREL-Tools bewerteten die Autoren den Ladebedarf, die Kosten, die Emissionen, die Gefahren, die Vorschriften und die technischen Anforderungen der Entwicklung einer elektrifizierten Vertiport-Infrastruktur an verschiedenen Standorten.

„Wir haben herausgefunden, dass sich der potenzielle Bedarf an eVTOL-Ladevorgängen erheblich auf die Netzinfrastruktur und die Betriebsparameter auswirken könnte“, sagte NREL-Forscher Bharat Solanki. „Wir haben gezeigt, dass dieser deutliche Anstieg des Bedarfsverbrauchs durch Vor-Ort-Erzeugungs- und Speicherlösungen optimiert werden kann, indem Mikronetze zur Verbesserung der Bedienbarkeit und Integration eingesetzt werden.

Wo werden Elektroflugzeuge aufgeladen?

Es mag den Anschein haben, dass jede Fläche von 50 Quadratmetern als Vertiport funktionieren würde, aber die Anforderungen an die Elektrik und den Luftraum stellen strenge Einschränkungen dar. Aus Gesprächen mit Flugzeugherstellern kam das Forschungsteam zu dem Schluss, dass ein durchschnittlicher Vertiport für einen konsistenten Betrieb eine Ladekapazität von 1 Megawatt oder mehr benötigen würde. Diese Strommenge versorgt rund 800 Haushalte, eine Menge, die in der Regel umfangreiche Netzausbauten und jahrelange Planung erfordert. Das NREL-Team wollte den Umfang dieser Vorbereitungsarbeiten für eVTOL-Ladestationen klären.

„Wir haben drei miteinander verbundene Puzzleteile für eVTOL-Vertiports untersucht: die Bewertung des Bedarfs während des Flugs, die Schätzung des Ladebedarfs und die Bestimmung der Netzkapazität, um diesen Bedarf zu decken“, sagte Solanki.

Zunächst arbeiteten die Forscher mit mehreren Flughäfen zusammen, um mögliche Standorte für die Durchführung von eVTOL-Operationen zu identifizieren, darunter große Hubschrauberlandeplätze, eine Basis für die allgemeine Luftfahrt, einen Verkehrsflughafen und einen Hotel-Casino-Komplex. Die Forscher ermittelten mögliche Routen zwischen diesen Standorten und simulierten betriebliche Anwendungsfälle, um den Ladebedarf für eVTOL abzuschätzen. Sie kamen zu dem Schluss, dass alle Standorte ihre lokale Strominfrastruktur modernisieren müssten.

Um Infrastrukturaktualisierungen zu analysieren, simulierten die Forscher das umgebende Stromnetz jedes Standorts mithilfe von NRELs SMART-DS-ToolAnschließend analysierten sie mithilfe von NRELs die Auswirkungen jedes Standorts auf die Netzinfrastruktur DISCO-Software (Distribution Integration Solution Cost Options).und dann NRELs verwendet REopt-Tool um die optimale Mischung erneuerbarer Ressourcen für die Stromversorgung dieser neuen Landeplätze zu bestimmen.

Was es braucht, um ein Flugzeug aufzuladen

Versorgungsunternehmen müssen frühzeitig in die Planung einbezogen werden, da Vertiports keine alltägliche Belastung darstellen. Sie würden in den meisten Fällen die Nachfrage vor Ort um das Sechs- bis Siebenfache erhöhen, und die Energieversorger müssten Transformatoren, Leitungen, Spannungsregler, Schutzausrüstung und möglicherweise auch Stromrechnungen und Leistungsgebühren aufrüsten. Zu Beginn müssten die Energieversorger auch eine vernünftige Vorstellung von den Ladeplänen der Fahrzeuge haben, um eine Vorstellung von deren täglicher Auslastung zu bekommen.

Allerdings verwiesen die Autoren auch auf Möglichkeiten, die Auswirkungen auf die Netzinfrastruktur abzumildern und die Wirtschaftlichkeit zu verbessern. Vertiports könnten näher an bestehenden Lasten platziert werden, wo die erhöhte Aufladung einen geringeren Anteil der Gesamtnachfrage ausmacht, und die Vertiports könnten durch Energiespeicherung und -erzeugung, insbesondere dezentrale erneuerbare Energien, unterstützt werden, was Emissionen reduzieren und Zeiten mit geringer Nachfrage nutzen könnte. Darüber hinaus ergab die Studie, dass Vertiports Arbeitsplätze schaffen und das Bruttoinlandsprodukt des Landes steigern könnten.

Obwohl Netzaufrüstungen für Vertiports einige Jahre dauern können, hat NREL Tools veröffentlicht, mit denen Versorgungsunternehmen mit der Planung beginnen können. Die Nutzung von NREL ist kostenlos Elektrofahrzeug-Infrastruktur – Tool zur Energieschätzung und Standortoptimierung (EVI EnSite). kann Versorgungsunternehmen dabei helfen, optimale Standortkonfigurationen zu entwerfen, Ladeprofile zu modellieren und Ladestrategien detailliert zu simulieren. Ein luftfahrtspezifisches Infrastrukturtool ist auf dem Weg, aber noch nicht für die öffentliche Nutzung verfügbar. Für die Auswahl des optimalen Mixes erneuerbarer Energiequellen steht außerdem das Tool REopt frei zur Verfügung.

Abgesehen von Infrastrukturinvestitionen wies die Studie auf einen weiteren wichtigen Aspekt hin: Im Umfeld von Hochleistungsgeräten sind Gefahren weit verbreitet, insbesondere in einer dynamischen Umgebung wie einem Flughafen. Menschliches Versagen, technisches Versagen und typische Wetterbedingungen sowie Naturkatastrophen spielen bei der Planung und Standardisierung eines sicheren eVTOL-Betriebs eine Rolle. Diese Gefahren werden im NREL-Bericht überprüft und diskutiert Überblick über potenzielle Gefahren in der Ladeinfrastruktur für Elektroflugzeugedas Themen wie chemische Flüchtigkeit von Batterien und Personalschulung umfasst, und im NREL-Bericht Bewältigung der Cybersicherheitsimplementierung der elektrischen Luftfahrtinfrastruktur, in dem Gefahren für die Cybersicherheit erörtert werden.

Als nächstes steht eVTOL bei NREL an

Dieser Bericht fasst die wichtigsten Probleme im Zusammenhang mit elektrischen Vertiports für die FAA zusammen, die für die Regulierung der aufstrebenden eVTOL-Branche verantwortlich ist. NREL arbeitet weiterhin mit der FAA zusammen, um Bereiche mit wasserstoffbetriebener Infrastruktur vorzubereiten, den Energiebedarf zu senken und die Widerstandsfähigkeit der FAA-Einrichtungen zu erhöhen.

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Mit freundlicher Genehmigung von NREL. Von Connor O’Neil