電動飛行機にはどれくらいの電力が必要で、その費用はどれくらいかかるのでしょうか?

電動航空機にはどれくらいの電力が必要で、その費用はどれくらいかかるのでしょうか？

による

発行済み

ここ数年、私は航空業界の脱炭素化を評価してきました。その主な理由は、それが高い経済的メリットをもたらす難しい目標であるためであり、また、ある程度、宇宙ではあまりに誇大宣伝されているナンセンスだからです。 明白な例として、数百億ドルのベンチャーキャピタルと個人投資家の資金がSPACを通じて電動垂直離着陸機（EVTOL）や電動垂直離着陸機、そして航空を電動化すると主張する都市型エアモビリティ（UAM）計画に注ぎ込まれている。

それは数十年は起こらないだろうし、この分野の最も保守的な新興企業でさえ想像できる規模には程遠い。 これから起こることは、ハイブリッド駆動システムを含む固定翼従来型離着陸（CTOL/ECTOL）市場の末端の電動化です。 これから起こることは、地域エアモビリティ（RAM）の復活であり、電動化され、自律性が高まり、デジタル的に航空交通管制が行われる航空機で、利用率の低い何千もの小規模空港を活性化することである。規制当局の承認。 一例として、XWing のような企業は、元 NASA の製品リーダーであるケビン・アントクリフ氏と何度か話しましたが、自律性に関して主導権を握っています。

TFIE Strategy Inc.のチーフ ストラテジスト、マイケル バーナード氏による、2040 年までの地域航空モビリティ コンポーネントの成熟

私はエレクトロン・アビエーションの諮問委員会に所属しており、英国からオランダまでエアタクシーとして移動したり、空港間で 500 kg の貨物を運ぶのに十分な航続距離を備えた 4 人乗り、一人操縦の飛行機を開発しています。 1年前に私がその創設者兼CEOのアンダース・フォースランド氏と話をしたハート・エアロスペース社は、同社の19人乗りの完全電気モデルでは適切なビジネススイートスポットに達しないことに気づき、現在30人乗りのハイブリッド旅客機を製造している。 Eviation は 9 人乗りの完全電動機「Alice」を飛行させたばかりで、受注額は 20 億ドルを超えました。 私が取り組んでいるもう 1 つのステルス ビジネスは、現在数千機の小型飛行機が運用されている特定の市場向けに、別の小型 ECTOL を構築していることです。

50～96人乗りのターボプロップ機が何千機も定期航路を飛んでいるが、現在老朽化が進んでいる。 世界中で稼働しているデ・ハビランド ダッシュ 8 の平均使用年数は 24.8 年で、年間平均稼働時間は 1,600 時間弱で、これは非常に高価な 40,000 時間の機体検査要件に匹敵します。 エア・カナダの現在の小型機材は平均して 10 年しか経っていませんが、多くのダッシュ 8 も退役させています。 それらの飛行機は安くありません。 私に取締役会への参加を依頼してきた別のスタートアップとの話し合いの中でわかったように、プロペラだけでも 10 万ドルを超える可能性があります。 脱炭素化に関する確固たる連携、会社の成功条件、価値を提供するための道筋、それらに効果的に影響を与える能力が見当たらないリクエストがたくさんあるため、私はその依頼を断りました。

TFIE Strategy Inc.のチーフ・ストラテジスト、マイケル・バーナード氏による2100年までの種類別の航空燃料需要の予測。

言い換えれば、航空市場の底辺層は大規模なビジネスモデルに十分な規模があり、私が 2100 年までの航空需要曲線で予測しているように、最初に電動化される層になるでしょう。

しかし、これには疑問が生じます。2 人の異なる協力者からさまざまな方法で私に質問されました。電動航空機にはどれくらいの電力が必要で、そのコストはどれくらいになるのでしょうか。

まず、ClearSkies の John Hilgers 氏が連絡を取りました。 彼のビジネスモデルは興味深い。 彼は長年空港技術提供の専門家であり、ここ数年は太陽光発電施設を含む技術提供を拡大しています。 米国の FAA 自主空港低排出プログラム (VALE) に基づいて、空港は、土地面積を活用して、平らでなければならないストリップの端、建物、または公園の上に太陽光発電を建設するために多額の資金を得ることができます。クリーンな電力で中核事業を補完します。 現在、米国の 100 以上の空港に太陽光発電が設置されており、世界中の空港にも太陽光発電施設が設置されており、私が関係している 2 つの空港の例として、エドモントン国際空港には 120 MW、オランダのフローニンゲンには 20 MW があります。

少し前に、彼は私に、空港での太陽光発電の可能性と比較した航空エネルギー需要の予測を行ったことを知っているかどうか尋ねました。 これのモデルを構築することは私のリストに残っており、私の予測モデルを拡張して、航空用にどれだけの電力を現地で発電できるか、どれくらいの電力を送電網から空港に流入させる必要があるか、そして時間の経過とともにバランスはどうなるかを検討します。 空港は規制制度のもとで運営されており、少なくとも米国では電力事業者にならずに航空会社に電力を販売することができますが、これは少々驚くべき利点です。

航空機燃料供給のサプライチェーンの複雑さは、ジェット A-1 ではなく電子が航空機に流入する場合に著しく簡素化されます。 現在、複数の空港で運航している航空会社は、BP やガスプロムなどの大手航空燃料プロバイダーと契約を結んでいます (幸いなことに、ロシア以外にはそれほど多くはありませんが、最近配達を調査した結果わかりました)。フライトが近づくと更新され、次に前日に更新され、最後にパイロット自身が給油量の最終計算を行い、給油担当者の明示的な承認と引き渡しを行います。 このプロセスの自動化は驚くほど遅く、その旅程はこのオールプレーンのポッドキャストである程度説明されており、もちろん新型コロナウイルス感染症によって加速され、とりわけクリップボードを持ってコックピットの機長を訪ねる燃料補給のリードが排除された。 ポッドキャストで議論されたテクノロジーとアプローチは 2000 年頃の最先端のものでした。私は当時、それらをベースにしたスタートアップの開発を担当していたので、それを知っています。インターネットの時代でははるか昔のことです。

しかし、電力には世界的なサプライチェーンや世界的な契約は必要ありません。 必要なのは十分な局所電子であり、広範囲ではあるが一種の局所領域にわたって生成され、飛行機のバッテリーに追加するために空港に送られて分配される。 空港は独自の理由で電力購入契約 (PPA) または仮想 PPA を購入する可能性がありますが、重要なのは、合理的に短期間にどれだけのエネルギーを航空機に導入できるかです。 現在、充電器を介した電力供給は急速に拡大しており、陸上貨物および水上貨物の充電システムは急速に限界を押し上げているため、航空業界は最初は小規模でも、その後は大規模でも問題は発生しません。

Eviation Alice 9 人乗り航空機の例を見てみましょう。これは ELECTRON と初期の Heart ES-19 の中間に位置します。 車9～15台分に相当する900kWhのバッテリーを搭載しており、250海里（460km）を飛行し、一部は転用や予備として残される。 このクラスのフライトはおそらく平均 210 海里で、おそらく 200 海里のダイバートと予備を使用すると、バッテリーはほとんどの場合 40% ～ 90% に留まり、バッテリー寿命にとっては良好です。 空港で 30% ～ 90% の充電、つまり 540 kWh を想定しましょう。

飛行機 1 機に関しては、平均的な空港では問題になりません。 LAX は空港の目的だけで年間約 155,000 MWh、つまり 1 日あたり約 425 MWh を使用します。 つまり、アリスに 1 回燃料を補給すると、1 日の消費量の約 0.1% が追加されることになります。 ヘルシンキの小さな空港は年間約 54,000 MWh を消費します。これは、アリス 1 機が平均 1 日の電力の約 0.4% を吸い取ることを意味します。 空港では通常、暖房に天然ガスボイラーを使用し、場合によっては電力用にコージェネレーションユニットも使用するため、これが空港運営で消費されるエネルギーのすべてではなく、電力だけであることに注意してください。 空港では間もなくすべてが完全に電化されるため、利用可能な MWh は増加するでしょう。

ヘルシンキとストックホルムの間の距離

ストックホルムは私が提案した 210 海里の距離にほぼ正確にあるため、ヘルシンキは偶然にも良い例です。 フィンエアー単独でも、ほぼ毎日この路線で 1 日 3 便を運航し、日によっては数便の追加便を運航しており、他の航空会社もより多くのオプションを提供しています。 アリスは、乗客数 170 人の可能性があるこの路線を運航するエアバス 320 の代わりにはならないことに注意してください。ただし、ビジネス旅行者向けの隙間を埋めるために、フライトを少し切り上げて、数機でおそらく 1 日あたり 20 便のアリス便を運航することにしましょう。

これにより、各空港の電力需要は 1 日あたり最大約 10.8 MWh、または空港の 1 日あたりの消費量の約 2.5% に増加します。

電動航空機を追加しても、最初は空港の電力供給を枯渇させることはなく、エアバス A321 を完全電動に置き換えるまでにはおそらく 40 年かかるでしょう。 小規模な空港ではその割合はさらに大きくなり、ヘルシンキは年間旅客数 2,180 万人と決して小さくはないが、その規模は特に問題ではない。

また、空港での太陽光発電も視野に入れています。 たとえば、エドモントンの空港（YEG）は、2019年の年間乗客数が820万人で、ヘルシンキの約3分の1の規模となり、NRELのPVワット計算機によれば、年間210GWhの範囲で発電する120MWの太陽光発電所を備えている。空港独自の要件。 もちろん、これは年間を通じて大きく異なり、7 月は 1 日あたり約 0.9 GWh、12 月は 1 日あたり約 0.25 GWh です。

空港からの定期便の大部分（毎日各目的地へ 10 ～ 16 便）は、カルガリー (300 km)、バンクーバー (800 km)、トロント (2,700 km) 行きで、私はいずれの便も何度か飛行したことがあります。 次点の航空会社は、当然のことながら温暖な地域への 1 日あたりの便数がはるかに少なく、その後に他の場所への便が時折続きます。

最新のジェット機は驚くほど効率的であるため、比較として 200 席のエアバス A321 を使用してみましょう。 他のすべてが同じ場合、1,000 km あたり約 4,400 リットルの燃料を消費します。 最新のジェット エンジンは 55% の効率で動作しますが、これは驚くべきことですが、最適な巡航速度で動作できるのは高度 30,000 フィートの場合のみです。 タキシング、離陸、着陸に効率性が犠牲になると仮定して、ジェット燃料から有用なエネルギーへの変換効率が 50% であると仮定します。

ジェットAは約34.69MJ/リットルです。 電気自動車と同様に、電気飛行機はより効率的であり、保守的なボトムエンド予測は 85% です。

エアバス A321 を想定したエドモントン空港からの共通便に必要な電力 (MWh)

各目的地への 1 日あたり平均 14 便のフライトでは、大部分のフライトに必要な平均 MWh は約 440、つまり 0.44 GWh です。 鋭い観察者は、6 月の晴れた日には、おそらく空港から出発するすべてのフライトが、送電網に正味の電力が流れる太陽電池アレイによって容易に電力供給される可能性が高いが、12 月には数百の太陽電池アレイを追加する必要があることに注目するだろう。グリッドからの MWh。 通常は 1 日あたり約 50 MWh を消費するため、接続を増やす必要がありますが、太陽光発電所から電力を何らかの方法で送電網に供給する必要があるため、それは関係ありません。

年間ではおそらく 160 GWh に達しますが、同じ鋭い観察者は、これが空港の太陽光パネルが提供する 210 GWh よりも少ないことに注目するでしょう。 おそらく年間 18 GWh 程度の空港電力需要を考慮しても、空港にはまだ 32 GWh が余っています。 これで地上サービス車両全体を稼働させ、空港の暖房もすべて提供して、現在機能している 4.2 MW の天然ガス コージェネレーション プラントを置き換えることができます。

エドモントンの太陽光発電所は、おそらく年間を通じて、エドモントンから出発するすべての便、空港全体、空港内の地上車両に電力を供給し、地域のトラック輸送と自動車車両の給油センターとして十分な電力を供給できます。 それが何十年も続くわけではなく、私の予測では、大型旅客機の航続距離が大陸横断の距離に達するのは2070年頃になってからであり、SAFバイオ燃料はその後数十年間、機体の老朽化に伴い最上位の重労働を担うことになる。

ちなみに、同じ太陽光発電所から得られるグリーン水素を航空機に供給するには、これでは不十分です。 太陽電池パネルから水素電解、蒸気除去、圧縮、貯蔵、液化、飛行機、ボイルオフ、エンジンまでは効率がはるかに低く、電気を直接使用する場合の 4 分の 1 になる可能性が高いため、エドモントンのすべての航空に十分なパネルが必要です。たとえ水素航空が実現したとしても、現時点で燃料を供給できるのはおそらくその 4 分の 1 だけだろう。

しかし、次の質問があります。これは、別の会社のステルス創業者が最近私に投げかけたものです。航空燃料としての電気のコストはいくらですか? 小売および商用電力の価格は、さまざまな政策要因により卸売価格から大きく乖離しているため、これに答えるのは非常に困難です。 それがどのように展開するかについては興味深い質問です。

たとえば、ドイツの卸電力料金はヨーロッパで最も低い国の一つですが、商業用および産業用の料金が最も高いことで有名で、最近では 300 ドル/MWh 以上となっています。 これは経済全体のエネルギー利用効率を高める政策として彼らが意図的に行ったもので、私が計算してみると、ガソリンとディーゼル（ジェットA-1ではないが）にかかる追加コストとほぼ同じ額になる。 送電網が脱炭素化するにつれて、高価格による電力効率の促進が逆効果になるのは明らかです。 これは、ドイツのアリスを満席にするのに約 160 ドルかかることを意味します。

米国は化石燃料に対して基本以外の課税を事実上行っていないことでも有名で、少なくとも航空分野では炭素価格や効率性向上のための税金を追加していない。 2021 年の運輸部門の平均電気料金は MWh あたり 102.00 ドルであったため、アリスを満水するには約 55 ドルかかることになります。

カナダでは、MWh あたりの工業料金は、ケベック州とブリティッシュコロンビア州の非常に低炭素で従来の水力発電の場合は 45 ～ 60 ドル/MWh から、アルバータ州とサスカチュワン州の非常に高炭素でより化石燃料で発電された電力の場合は 150 ドル/MWh まで、さまざまです。 アリスの満杯料金は 24 ドルから 81 ドルの範囲です。

アリスの540 KWhを仮定し、代わりにジェットAのリットルに戻すと、他のすべてが同じで40%という高い効率係数を使用して内燃機関の場合、同じ距離を飛行するには約140リットルが必要になります。 Jet A の現在の平均価格が 1 リットルあたり 0.80 ドルであるとすると、価格は約 112 ドルになります。 ご覧のとおり、ドイツの 150 ドルでは航空機の電動化は考えられず、米国の 55 ドルでは電動化は容易ではありませんが、カナダの電動飛行機の料金は良いものから非常に良いものまでさまざまです。 偶然にも、緑豊かなカリフォルニアの電気料金は米国で最も高い地域の一つであり、明らかに政策の失敗であり、MWh あたり 156.30 ドルは、アリスを満水するには 84 ドルになるが、それでも契約は成立している。

そして、空港の興味深い世界が見えてきます。 ヒルガース氏によれば、少なくとも米国では電力会社としての地位を確立する必要がなく、航空会社に電力を直接販売できるようになるという。 そして彼らはそのサービスで利益を得たいと思うでしょう。 彼らは電気税の優遇措置を受けるかもしれないが、そうでないとしても、独自の大規模な太陽光発電所と少なくともある程度の貯蔵所を建設するためのさまざまな種類のインセンティブを確実に受け取ることになるだろう。

空港は自社で製造した電力の価格をどのように設定するのでしょうか? 良い質問。

言えることは、私たちがHVDCと広く接続され、送電網上に相当量の蓄電装置を備えた多くの再生可能エネルギーに移行するにつれて、電力価格変動の要因の多くはなくなるだろうということです。 その場合、効率性を高める要因は環境ではなく純粋に経済的なものとなり、そのためドイツのような場所ではアドオンが低くなる可能性があります。 第二に、燃料コストがなくなると、不足や変動、価格競争はそれほど一般的ではなくなります。 第三に、ますます多くの送電網を HVDC と相互接続するにつれて、市場と競争がコストと価格を引き下げようと努めます。 そして、125年以上の耐用年数を誇る揚水発電所を賢明に建設すれば、資本コストの償却は最終的にゼロになるため、関連するのは運営コストだけになります。

私の見解では、世界は 2100 年までに 2020 年の小売価格が 40 ～ 50 ドル/MWH というほぼ横ばいの状況に向かうだろうが、それまでは地理的および一時的な価格の高騰が数多く起こるだろう、というものです。 どこで給油するか、どれだけ給油するか、デッドヘッドするかどうか、経済的にどのルートを優先するかを計算するスプレッドシートの技術者は消えることはなく、さらに複雑なモデルを実行することになるでしょう。

しかし、航空燃料価格の歴史を振り返ってみましょう。 ヨーロッパがジェット燃料の炭素価格を決定し始めたばかりである理由、そして他の管轄区域が炭素にほとんど課税していない理由は、航空が経済発展財であると考えられているからです。 その結果、航空燃料の価格を人為的に制限して、国家および管轄区域の政策としての採用を促進しました。 地球温暖化において航空が果たしている大きな役割を考慮すると、それが素晴らしいアイデアだったかどうかについては確かに議論の余地がありますが、これは検討に値する前例です。

空港が政策として、電気飛行機の燃料として使用される電力をさまざまな税金や加算金から除外することが認められたらどうなるでしょうか? すべての産業および大規模消費者セグメントにとって電化の大きな効率性と気候変動の利点を考慮すると、炭素の影響で可燃性燃料の料金がどんどん上昇する中、それが政策としてすべての産業および大規模商業用の電気料金に当てはまるとしたらどうなるでしょうか。価格設定、それとも単により高価な SAF バイオ燃料でしょうか? それは電動航空機への移行をどの程度促進するでしょうか? 私はよく考えますが、国内外の航空政策がそれをサポートするべきだと考えています。

巻末注: この記事のオリジナル版では、空港で年間 2,400 万リットル提供される燃料に関するシェルの公開 Web サイトのデータを使用しましたが、シェルが主要な供給者ですが、他に 2 つの燃料供給者があります。 2 人のコメント投稿者がエネルギー要件の桁違いに疑問を呈したので、私はその部分を取り出して、別の角度から完全に計算をやり直したところ、同じ桁の範囲内に十分収まりました。

電気航空スタートアップ FLIMAX の諮問委員会のメンバーであり、TFIE Strategy のチーフ ストラテジストであり、distnc technology の共同創設者です。 彼は、受賞歴のある Redefining Energy チームの一員として、「Redefining Energy - Tech」ポッドキャスト (https://shorturl.at/tuEF5) を主催しています。 彼は、40 ～ 80 年後の脱炭素化のシナリオを予測し、経営陣、取締役会、投資家が今日賢明な選択をできるよう支援することに時間を費やしています。 航空燃料補給、電力系統貯蔵、車両から電力網への供給、または水素需要のいずれであっても、彼の仕事は物理学、経済学、人間性の基礎に基づいており、脱炭素化の要件と複数の領域の革新によって情報を得ています。 北米、アジア、ラテンアメリカにおける彼の指導的地位は、彼の世界的な視点を強化しました。 彼は、イノベーション、ビジネス、テクノロジー、政策に関する複数の媒体で定期的に出版しています。取締役会、戦略アドバイザー、講演活動などにも利用できます。

CleanTechnica で広告を出して、毎月何百万人もの読者にあなたの会社を知ってもらいましょう。

ジョージア州は、ホットな家庭用エネルギー貯蔵市場向けに新しいフロー電池を準備しています。

ある日、赤い州の労働権法が電気自動車メーカーを惹きつけ、脱炭素化を公共政策に定着させることになるとは誰も予想できなかったでしょう。

すべてを見終えたと思ったら、アメリカの国立公園はまだ何も見ていないと言います。

私たちが周囲に放置しているすべての廃棄物からのメタンの排出は、二酸化炭素と同じ 15% 以上の問題です...