虽然未来与先进空中交通 （AAM） 领域相关的许多未知数，但我们确实知道，为这些飞机充电将需要大量电力——即使在未来两三年内垂直起降机场开始运营时也是如此。

事实上，预计随着该行业在引入后向前发展，电力将成为美国和全球AAM规模扩大的主要限制因素。

美国国家可再生能源实验室（NREL）最近为美国联邦航空管理局（FAA）分析了这个问题，并于3月发布了其研究结果。该团队调查了飞机制造商，与计划中的垂直起降机场站点的利益相关者进行了交谈，分析了可能的航空服务路线，并使用几种公开的NREL工具评估了电气化垂直起降机场基础设施的充电需求、成本、排放、危险、法规和技术要求。

毫不奇怪，他们发现潜在的eVTOL充电需求可能会“相当大”地影响电网基础设施和运营。但他们的报告中也有解决方案。

现场用电

NREL团队指出，垂直起降机场的现场发电（微电网）和存储解决方案是提高电力可操作性和集成度的重要考虑因素。

NREL研究员巴拉特·索兰基（Bharat Solanki）首先解释说，在合理的使用率下，垂直起降机场预计需要多个充电站，额定功率为300千瓦或更高。总部位于英国的Skyports Infrastructure的电气化主管Ali Ilyas提出了更高的要求，每个支架的快速充电功率超过500kW。这意味着一个典型的垂直起降机场将需要大约 1.5 到 2 兆瓦的电力（与大约 700 到 2,000 个家庭使用的电力相同，具体取决于他们的位置、入住率等）。

从充电本身来看，Solanki指出，为eVTOL充电的电力需求将是间歇性和尖锐的，这可能导致电压骤降等电能质量问题。它还会影响由同一变电站供电的附近地区的配电。

垂直起降机场的电池组能够在充电高峰期放电，将有助于满足整体充电需求。事实上，Solanki表示，如果垂直起降机场没有现场电力存储和发电，“当地公用事业公司可能需要升级其基础设施，例如增加稳压器、变压器以及架空或地下线路。

然而，他补充说，“垂直起降机场运营商和eVTOL制造商可以使用其他工具来减少能源影响，包括管理充电、协调运营或其他运营技术。

evtol最佳充电操作

Ilyas解释说，为了最大限度地降低成本、空间要求和潜在的电能质量干扰，优化电力系统的可操作性是关键。在预测这一点的模型中，Skyports包括几个因素，如需求计算和模拟电池充电曲线。

伊利亚斯还解释说，重要的是，电池的“充电状态”——它在给定时间的剩余容量以及与年龄相关的性能问题——要根据AAM任务配置文件进行仔细调节，以最大限度地延长电池寿命。

“这种方法与预先确定的高吞吐量航班时刻表相结合，可以预测充电时间表，”他说。“这使得智能电力系统能够通过高效和优化的微电网解决方案和能源管理系统，为日常电力消耗需求准备和编程电力基础设施。”

机场的位置

除了微电网和电源管理之外，垂直起降机场的放置在电力可用性等方面也至关重要。

伊利亚斯指出，在大型电网和网络变电站丰富的地区附近建立垂直起降机场是可取的，那里有现成的备用电力容量（峰值电力使用并不总是发生），或者备用电力容量可以很容易地得到加强。

Solanki同意，如果垂直起降机场位于现有峰值负载容量较大的区域，那么集成eVTOL充电的“间歇性电力负载”将造成更少的干扰。eVTOL充电系统可以在一天中的不同时间访问未使用的容量，而其他负载不需要它。

这些地区往往是城市地区，但尽管伊利亚斯指出，郊区和农村地区通常需要进行大型网络加固和更长的交货时间，以提供与城市地区相同的电力水平，但“这些地点更有利于确保建立绿色能源现场发电和存储解决方案所需的足迹。在评估潜在位置时，有一个真正的平衡行为，所以我们采取宏观网络视图，而不是逐个站点视图。

此外，索兰基指出，在美国较偏远的地区，有多个社区通过美国交通部的基本航空服务计划补贴商业航空服务。

虽然尚未进行专门针对eVTOL的分析，但NREL已经评估了在此类重要航线上将九座常规动力飞机替换为类似电动固定翼飞机的情况。该团队“发现这种方法可以显着降低运营成本，”Solanki说。“更重要的是，如果以类似于当前时间表的方式使用电动飞机，偏远机场的基础设施需求将会降低。

evtol机场的电力建议

当被问及为那些需要在垂直起降机场获得电力的人提供最佳指导时，NREL团队强调了立即采取行动的重要性。“在这项研究中，我们强调垂直起降机场需要尽早与公用事业公司接触，讨论配电系统的潜在升级以及对关税或费率的任何影响，”Solanki说。

他补充说，为了有效地与公用事业公司合作，垂直起降机场规划者需要与飞机制造商密切合作，以明确每架飞机的充电需求，并很好地处理未来的整体充电需求。

伊利亚斯说，垂直起降机场规划者将需要适应每个站点的不同基线参数，包括电力可用性、空间限制、结构限制和场地复杂性。这些参数适用于电气化的各个方面，从电网供应到微电网组件。

他说，布线路线、地面支持设备放置和设备交付时间是其他需要仔细设计和规划的巨大挑战。还必须解决特定垂直起降机场的潜在气候条件范围和所有监管要求。

氢气等新能源

由于管理和增加AAM行业的电力容量涉及非常现实和实质性的挑战，因此需要研究其他电力来源。

为此，NREL目前正在与美国联邦航空局（FAA）合作，对AAM氢基础设施进行能源分析。“在这项正在进行的研究中，我们正在探索氢燃料飞机及其加油基础设施的各种应用，包括经济分析，”Solanki说。

然而，他强调，NREL正在支持对氢气和电力以外的各种航空燃料的调查，包括可持续航空燃料和电子燃料，也称为电子燃料 - 使用捕获的一氧化碳制成的合成燃料2或一氧化碳和可持续生产的氢气。

“我们会犹豫不决地接受这样一种观点，即有一种解决方案或一种机会会掩盖另一种解决方案或机会，”索兰基解释说。“我们的方法反映了其他运输部门如何寻求多种能源途径。

伊利亚斯说，Skyports还积极与其他公司合作，“探索氢燃料电池和微反应堆等新兴绿色能源技术”。