罗罗:氢燃料可以在航空动力中发挥关键作用

据marketscreener网站10月8日报道,随着氢燃料作为近期航空航天界的热门话题,作为航空发动机制造商的罗尔斯-罗伊斯(Rolls-Royce)如何看待这个宇宙中最轻的元素在其脱碳策略中的作用?以下为罗罗公司关于“氢”的相关评论。

罗罗:氢燃料可以在航空动力中发挥关键作用

罗尔斯-罗伊斯(Rolls-Royce)具有独特的地位,可以在许多能源领域(不仅是航空领域)脱碳中发挥关键作用,而“氢“可以在其中发挥关键作用。

在民用航空领域,了解氢燃料的机遇和挑战是我们持续不断的可持续发展战略的一部分,该战略围绕三个支柱构建:改善燃气轮机;促进可持续航空燃料(SAF);并处于开发创新推进技术的最前沿。

“氢”主要是创新支柱的一部分,因为需要开发新技术和基础设施以充分利用其利益。它不是像SAF燃料那样简单直接,SAF已经适合为我们的最新一代发动机提供燃料来源。

目前,我们正在开展工作,以了解基于“氢”能的推进技术所面临的挑战,并制定相关的技术路线图,并且我们正在与业界合作,以充分探索“氢”能的潜力。

“氢”是许多能源和电力行业脱碳的理想选择,但我们也认识到航空业面临着独特的挑战,部分原因是运载“氢”燃料在重量和尺寸受到特定限制,并且由于该行业对可靠性和安全性的要求很高,因此工程成熟度壁垒很高,尤其是在航空客运服务方面这一问题更加突出。尽管并非不可克服,但这些要求意味着我们需要确保充分考虑从原型到产品过渡的时间。

小型氢动力支线飞机有可能在本世纪末之前提供,而支线飞机预计要到下一个十年(2030-35年)初期才能投入使用。

使现有的航空发动机适应“氢”能有多难?

过去我们已经成功地用氢/煤油混合物测试了遄达发动机,因此我们在该领域确实有一些经验。但是,要使用100%的“氢”燃料,则需要对现有航空发动机设计进行一些适应性修改。

最大的挑战是管理燃烧系统中的火焰温度和稳定性。还有一个问题就是要调整燃料的输送和管理系统,尤其是液态氢。因此需要着重于重新设计当前发动机设计的这些要素,以及将航空发动机视为一个完整的“油箱-排气”系统,并采取更加整体的整体系统级方法。

当您以电气方式提供发动机动力时,这种整体系统级方法将变得更加可行。因此,我们在电气化和混合动力方面的工作,以及在开发嵌入式电动机和起动发电机方面的工作,都为未来的“氢”能推进系统的开发提供了技术补充。

当然,如果使用“氢”能推进系统也需要飞机机体进行根本性的设计更改,以生产出可以投放市场的产品。飞机越大,适应储“氢”要求所需的设计变更就越激进,1kg氢能是煤油的3倍,但更重要的是它的体积却是煤油的5倍。

工业界还需要一种全新的基础设施形式来处理和运输氢,液态形式的氢必须保持在-253°C,目前航空业尚不存在这种技术。

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氢能如何补充正在开发的其他技术,以帮助使航空业朝着更加可持续的未来发展?

未来的画面似乎正在出现:显然由电池供电的飞机的航程最短。混合动力、全电动或氢能为中小范围航程的客机提高动力;更大航程范围的客机上仍将使用更为高效的燃气涡轮发动机,因此随着航空业向更可持续发展的未来过渡,我们应该期望看到解决方案的组合。

因此,仍将需要我们今天熟知的航空发动机或非常接近的衍生产品,但是很有可能它们将由可持续航空燃料SAF或氢气提供燃料。从长远来看,燃气涡轮发动机技术也将继续发展,我们看到所有这些技术的结合将使推进系统变成一个效率更高,提供更好性能的系统。我们的愿景是结合创新技术,这些技术将提供可能由氢气提供动力的更高效的机械和电气混合动力系统。

在后疫情的世界中,可持续性将是重中之重,我们将需要了解如何在更广泛的路线图中使用氢能来使我们的世界脱碳,这不仅适用于航空领域,还适用于其他形式的运输长期技术发展。

在罗罗公司的动力系统部,我们已经积极参与了多个制氢项目,这些项目为我们提供了宝贵的经验。我们最近宣布与最近成立的戴姆勒(奔驰制造公司)/沃尔沃合资公司建立合作关系,将其氢燃料电池用于固定式燃料电池发电机,作为数据中心等安全关键设施的应急发电机。这将提供一种可替代当前柴油发动机的无排放产品,这些也可以用在微电网解决方案中。

我们的小型模块化反应堆计划也将产生零碳电力,可将其用于直接为电网供电,或实际上可用于驱动电解槽产生绿色氢。然后氢可以用作能量载体本身或进一步转化为可持续的航空燃料。

氢基经济虽然吸引人,但实现它的障碍包括:大规模采用、大规模生产、基础设施投资、大容量存储、分配和安全考虑。还有一个问题是如何同时建立供氢技术的供求关系,以确保扩大规模来降低成本。

如果我们希望氢成为可持续发展的解决方案,我们还需要研究其生产的全生命周期——如今几乎没有真正的“绿色”氢生产。

人们迫切希望现在就采取行动应对气候变化,而不是长期采取行动。SAF已准备好响应这一需求,无需重新设计飞机。现在,我们需要了解如何引入“氢”燃料。我们还必须认识到,对于全球化的远程航空旅行市场而言,SAF可能是当前唯一的选择。

因此,尽管目前“氢”被大肆宣传,但基于“氢”的动力航空并不是灵丹妙药。航空推进系统仍将需要采用不同解决方案的组合,包括SAF、电动、混合动力和更高效的燃气涡轮发动机,为不同的飞行任务提供动力并相互补充,以帮助整个行业实现其脱碳目标。[来自@两机动力控制]

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