航空业面临的挑战
当今各行各业都面临着来自政府、客户和其他利益相关者的前所未有的压力，要求其减少对环境的影响，而航空业正面临着所有行业中最复杂的可持续性挑战。随着全球对气候变化的认识日益增强，航空公司和航空企业必须应对不断增加的监管要求、不断变化的客户期望以及投资者对其环境绩效日益严格的审查。这种压力遍及整个航空价值链，从飞机制造商到机场运营商，迫切需要制定全面的脱碳战略，以解决眼前的运营改进和长期的技术转型。
航空业约占全球碳排放量的 2.8%，但由于其独特的运营要求和技术限制，它也是最难脱碳的行业之一。
该行业的可持续性挑战是多方面的且相互关联的。飞机污染仍然是主要问题，航空排放不仅会导致 CO2，还会产生非 CO2 影响，例如氮氧化物、水蒸气和颗粒物，这些都会影响气候变化。欧盟委员会估计，航空业产生了 13.9% 的交通排放，使其成为继道路运输之后交通运输部门第二大温室气体排放源。
为什么航空业难以脱碳？
可持续航空燃料在可及性和定价方面都面临着重大障碍，因为预计到 2030 年，目前的制造能力只能满足行业需求的极小一部分。
技术壁垒也阻碍了航空业的脱碳努力。虽然新兴的飞机技术（如电力和氢动力推进）为区域航线提供了潜在的解决方案，但由于能量存储密度和功率重量比的限制，它们在远程运行方面遇到了很大的限制。
包括电力和氢动力推进系统在内的新型飞机技术，为短途飞行带来了希望，但由于能量密度要求，在更长的应用中面临着重大挑战。
使航空业特别难以脱碳的其他因素包括：
- 基础设施限制和资本密集度： 航空业运营着大量的长期设备和基础设施资本，这些设备和基础设施专门为传统喷气燃料进行了优化。航空公司在改造现有飞机方面面临着巨大的成本，而机场需要大量的基础设施投资来支持替代燃料的储存、分配和处理系统。
- 重量和能量密度要求： 飞机设计从根本上受到重量限制和对能量密集型燃料的需求的限制。
- 多方面的气候影响： 除了碳排放外，航空还会产生复杂的非 CO2 影响，包括凝结尾迹、氮氧化物和水蒸气，这些都会导致气候变暖。
- 漫长的开发和认证时间表： 新型飞机和推进技术需要进行广泛的测试、认证和监管审批流程，这些流程可能跨越数十年。
- 经济和成本障碍： 向可持续技术的过渡涉及大量的前期投资和成本障碍，航空业的许多公司都在努力为其融资，特别是当可持续替代品（如 SAF）仍然比传统喷气燃料贵得多时。
在所有这些新兴途径中，在实际运行条件下设计、验证和降低电力架构的风险成为航空脱碳的核心推动力。
电力电子测试如何为克服这些挑战做出贡献？
电力电子测试 包括在模拟的真实条件下对电气元件和系统进行全面评估。
该测试包括各种方法，包括硬件在环 (HIL) 和功率硬件在环 (PHIL) 测试，使工程师能够在实际飞行实施之前验证电力推进系统、优化电力网络并加强安全协议。
该测试过程解决了关键方面，例如电磁兼容性 (EMC)、电能质量、热管理以及在极端环境条件下的运行可靠性，包括飞行运行期间飞机遇到的高度变化、温度波动、振动和湿度变化。
航空电力电子测试的主要示例包括：
- 高级储能测试： 对电动飞机的储能系统进行全面评估，包括生命周期测试、各种负载条件下的性能验证以及安全评估，以确保在整个飞行运行过程中提供可靠的电力
- 电机驱动和推进系统测试： 通过 HIL 测试验证电力推进组件，确保最佳性能、效率以及与飞机配电系统的集成
- 配电单元 (PDU) 测试： 评估管理整个飞机电力流动的电力转换器、逆变器和配电系统，确保为所有电子系统提供稳定可靠的电力
- 环境应力测试： 在极端条件下评估电力电子设备，包括温度循环、振动测试和湿度暴露，以模拟真实的飞行环境并确保组件可靠性
因此，电力电子测试通过确保能够实现更可持续飞机技术的电力系统的可靠性、安全性和性能，在航空脱碳中发挥着至关重要的作用。随着航空业向电力和混合动力推进系统转型，对电力电子组件进行严格的测试对于验证这些创新解决方案至关重要。
认识 Spherea 的 PLUTON
PLUTON® 系列 是 5 年多研发的成果，现在是市场上最有价值的交流和直流再生电源。PLUTON® 系列是一种可配置的四象限电源和电力系统仿真器，可在各种控制能力下工作，无论是否嵌入实时模型：
- 功率放大器，电压或电流控制
- 电池、燃料电池和内置电机仿真器
- 具有高速远程控制能力的再生电源/负载
PLUTON® 系列集成了创新的多级、高频开关技术，专为实时电力系统仿真而设计。其先进的控制系统可实现自定义模型的低延迟执行。PLUTON® 解决方案可以与第三方仿真器无缝集成，并在功率硬件在环 (PHIL) 应用中充当功率放大器。它专为多功能性而设计，可在交流和直流模式下运行。
PLUTON 如何加速航空脱碳
PLUTON 的 先进电力电子测试能力直接解决了航空业在向可持续技术转型过程中面临的关键挑战。随着航空公司和整个航空领域的公司努力实现欧盟委员会和 CORSIA 等国际框架设定的严格碳排放减少目标，PLUTON 提供了验证和优化下一代航空电力系统所需的基本测试基础设施。
电动飞机推进系统验证
PLUTON 的四象限电源和仿真能力可对电动飞机推进系统进行全面测试，这对于航空活动脱碳至关重要。该系统仿真电池、燃料电池和电机的能力使工程师能够：
- 验证电机驱动性能 在实际飞行条件下，确保在飞行运行的所有阶段实现精确的功率转换和控制
- 测试电力分配网络 用于电动和混合动力飞机，优化能源效率并降低整体系统重量
- 模拟再生系统 可以在飞机下降和着陆阶段回收能量，从而将整体能源效率提高多达 15%
高级储能测试
随着航空业开发出具有电力和混合动力推进系统的新型飞机， 储能系统（包括电池和氢基解决方案） 成为关键组件。PLUTON 的再生测试能力提供：
- 在极端航空条件下对储能系统进行全面验证，包括快速的高度变化、温度变化、瞬态负载和高功率运行周期
- 生命周期测试 加速老化和退化机制，以预测系统在 10-20 年飞机运行寿命 内的性能，跨越不同的存储技术
- 安全评估协议 确保符合严格的航空安全标准，同时支持高能量密度、高效的能量转换和强大的系统集成
支持下一代飞机开发
PLUTON 的功率硬件在环 (PHIL) 功能使开发新型飞机技术的公司能够：
- 缩短开发时间 通过在物理原型之前对电力系统进行实时仿真和测试
- 优化电力电子设备 用于氢燃料电池系统，支持开发用于区域航线的零排放飞机
- 验证电磁兼容性 (EMC) 用于复杂的电气系统，确保符合航空安全法规。
支持下一代飞机开发
PLUTON 的功率硬件在环 (PHIL) 功能使开发新型飞机技术的公司能够：
- 缩短开发时间 通过在物理原型之前对电力系统进行实时仿真和测试
- 优化电力电子设备 用于氢燃料电池系统，支持开发用于区域航线的零排放飞机
- 验证电磁兼容性 (EMC) 用于复杂的电气系统，确保符合航空安全法规。
航空脱碳目标的实际影响
PLUTON 的测试能力通过加快可持续技术的开发和部署，直接为航空业雄心勃勃的脱碳目标做出贡献。
该系统进行运营措施测试的能力确保了新的电力推进系统不仅能够满足环境目标，而且能够保持航空业要求的安全性、可靠性和性能标准。这种全面的测试方法代表了验证到 2050 年实现净零航空排放所需技术的重要第一步。
通过 PLUTON 的先进测试能力，Spherea 正在直接支持航空价值链克服历史上减缓航空脱碳努力的技术和成本障碍，使航空公司和飞机制造商在全球范围内更容易获得可持续航空技术并使其具有商业可行性。