Máy bay cất và hạ cánh thẳng đứng bằng điện (eVTOL) có thể nhanh chóng di chuyển hành khách qua các ngọn núi hoặc đưa họ qua các vùng đô thị. Nhưng trước tiên, điều quan trọng cần cân nhắc đối với những cục pin bay này là nơi chúng sẽ sạc và liệu cơ sở hạ tầng lưới điện hiện tại có thể đáp ứng nhu cầu này hay không.
Cơ sở hạ tầng phân phối điện, từ nguồn cung cấp đến người sử dụng cuối, có thể sẽ yêu cầu nâng cấp để tạo điều kiện thuận lợi cho các địa điểm sạc eVTOL mới. Tín dụng: NREL
Phòng thí nghiệm Năng lượng tái tạo Quốc gia (NREL) đã phân tích vấn đề này cho Cục Hàng không Liên bang (FAA) để giúp cơ quan này lập kế hoạch xoay quanh khả năng tăng trưởng trong hoạt động eVTOL và tác động của chúng đối với lưới điện. Những phát hiện của NREL về FAA hiện có sẵn trong Nghiên cứu Cơ sở hạ tầng Điện Vertiport của Cục Hàng không Liên bang.
Nhóm NREL gồm 18 người đã thực hiện nghiên cứu này bằng cách khảo sát các nhà sản xuất máy bay và các địa điểm có sân bay tiềm năng, phân tích các tuyến dịch vụ thực tế và nghiên cứu các khoản đầu tư cơ sở hạ tầng có thể giúp eVTOL trở nên khả thi. Tận dụng một số công cụ NREL có sẵn công khai, các tác giả đã đánh giá nhu cầu tính phí, chi phí, lượng khí thải, mối nguy hiểm, quy định và yêu cầu kỹ thuật của việc phát triển cơ sở hạ tầng sân bay điện khí hóa tại các địa điểm khác nhau.
Nhà nghiên cứu Bharat Solanki của NREL cho biết: “Chúng tôi nhận thấy rằng nhu cầu sạc eVTOL tiềm năng có thể tác động đáng kể đến cơ sở hạ tầng lưới điện và các thông số vận hành”. "Chúng tôi đã chỉ ra rằng nhu cầu tiêu thụ tăng lên đáng kể này có thể được tối ưu hóa bằng các giải pháp lưu trữ và tạo nguồn tại chỗ, sử dụng lưới điện siêu nhỏ để cải thiện khả năng hoạt động và tích hợp.
Máy bay điện sẽ sạc pin ở đâu?
Có vẻ như bất kỳ bề mặt rộng 50 foot vuông nào cũng có thể hoạt động như một sân bay thẳng đứng, nhưng các yêu cầu về điện và vùng trời đặt ra những hạn chế cứng rắn. Từ việc nói chuyện với các nhà sản xuất máy bay, nhóm nghiên cứu đã xác định rằng để hoạt động ổn định, một sân bay trung bình sẽ cần công suất sạc 1 megawatt hoặc lớn hơn. Lượng điện đó cung cấp cho khoảng 800 ngôi nhà, một lượng điện thường đòi hỏi phải nâng cấp lưới điện lớn và lập kế hoạch trong nhiều năm. Nhóm NREL đã tìm cách làm rõ mức độ của công việc chuẩn bị đó cho các địa điểm thu phí eVTOL.
Solanki cho biết: “Chúng tôi đã nghiên cứu ba mảnh ghép có liên quan với nhau đối với các cổng eVTOL: đánh giá nhu cầu trên chuyến bay, ước tính nhu cầu sạc và xác định khả năng của lưới điện để đáp ứng nhu cầu này”.
Đầu tiên, các nhà nghiên cứu đã làm việc với một số sân bay để xác định các địa điểm khả thi để tổ chức các hoạt động eVTOL, bao gồm các sân bay trực thăng lớn, căn cứ hàng không chung, sân bay thương mại và khu phức hợp khách sạn-sòng bạc. Các nhà nghiên cứu đã xác định các tuyến đường tiềm năng giữa các địa điểm này và các trường hợp sử dụng vận hành mô phỏng để ước tính nhu cầu sạc eVTOL. Họ kết luận rằng tất cả các địa điểm sẽ cần cập nhật cơ sở hạ tầng điện tại địa phương.
Để phân tích các bản cập nhật cơ sở hạ tầng, các nhà nghiên cứu đã mô phỏng lưới điện xung quanh của từng địa điểm bằng công cụ SMART-DS của NREL, sau đó phân tích tác động của từng địa điểm lên cơ sở hạ tầng lưới điện bằng phần mềm Tùy chọn chi phí giải pháp tích hợp phân phối (DISCO) của NREL, sau đó sử dụng công cụ REopt của NREL để xác định sự kết hợp tối ưu của các nguồn tài nguyên tái tạo để cung cấp năng lượng cho các địa điểm hạ cánh mới này.
Cần những gì để sạc máy bay
Các tiện ích sẽ cần phải được tham gia sớm vào quá trình lập kế hoạch vì các bến cảng không phải là gánh nặng hàng ngày. Trong hầu hết các trường hợp, họ sẽ tăng nhu cầu tại địa điểm lên gấp sáu đến bảy lần và các tiện ích sẽ cần nâng cấp máy biến áp, đường dây, bộ điều chỉnh điện áp, thiết bị bảo vệ và có thể cả hóa đơn tiền điện cũng như phí nhu cầu. Ban đầu, các công ty điện lực cũng cần có ý tưởng hợp lý về lịch sạc của các phương tiện để biết được tải trọng hàng ngày của phương tiện.
Tuy nhiên, các tác giả cũng lưu ý các phương án để giảm bớt tác động lên cơ sở hạ tầng lưới điện và tạo thuận lợi cho nền kinh tế. Các bến cảng có thể được đặt gần các khu vực tải hiện có, nơi mức sạc tăng lên chiếm tỷ lệ thấp hơn trong tổng nhu cầu và các bến cảng có thể được hỗ trợ bằng việc lưu trữ và sản xuất năng lượng, đặc biệt là năng lượng tái tạo được phân bổ, có thể giảm lượng khí thải và tận dụng những khoảng thời gian có nhu cầu thấp. Ngoài ra, nghiên cứu cho thấy rằng các sân bay có thể tạo thêm việc làm và tăng tổng sản phẩm quốc nội của quốc gia.
Mặc dù việc nâng cấp lưới điện cho các sân bay có thể mất vài năm nhưng NREL đã phát hành các công cụ để các tiện ích bắt đầu lập kế hoạch. Cơ sở hạ tầng xe điện sử dụng miễn phí—Công cụ ước tính năng lượng và tối ưu hóa địa điểm (EVI EnSite) của NREL có thể giúp các tiện ích thiết kế cấu hình địa điểm tối ưu, mô hình cấu hình sạc và mô phỏng chiến lược sạc một cách chi tiết. Một công cụ cơ sở hạ tầng dành riêng cho ngành hàng không đang được triển khai nhưng chưa có sẵn cho công chúng sử dụng. Công cụ REopt cũng được cung cấp miễn phí để lựa chọn sự kết hợp tối ưu giữa các nguồn năng lượng tái tạo.
Ngoài đầu tư vào cơ sở hạ tầng, nghiên cứu còn đưa ra một điểm quan trọng khác cần cân nhắc: Các mối nguy hiểm thường xảy ra xung quanh các thiết bị công suất cao, đặc biệt là trong môi trường năng động như sân bay. Lỗi của con người, lỗi công nghệ và các kiểu thời tiết điển hình cũng như thiên tai đều góp phần lập kế hoạch và tiêu chuẩn hóa các hoạt động eVTOL an toàn. Những mối nguy hiểm này được xem xét và thảo luận trong báo cáo NREL Tổng quan về các mối nguy hiểm tiềm ẩn trong cơ sở hạ tầng sạc máy bay điện, bao gồm các chủ đề như biến động hóa học của pin và đào tạo nhân sự, cũng như trong báo cáo NREL Giải quyết việc triển khai an ninh mạng cơ sở hạ tầng hàng không điện, thảo luận về các mối nguy hiểm an ninh mạng.
Báo cáo này tóm tắt các vấn đề chính liên quan đến cổng điện cho FAA, cơ quan chịu trách nhiệm quản lý ngành công nghiệp eVTOL đang phát triển. NREL tiếp tục hợp tác với FAA trong việc chuẩn bị cho các lĩnh vực cơ sở hạ tầng chạy bằng năng lượng hydro và giảm nhu cầu năng lượng cũng như tăng cường khả năng phục hồi cho các cơ sở của FAA.
