新能源:航空业无法拒绝的诱惑?

2008年09月08日11:30  来源:《科学时报》

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Solar Impulse的太阳能飞机
  每当乘坐飞机在起飞的一刹那都会想起《逍遥游》里“水击三千里,抟扶摇而上者九万里”的大鸟。这只“大鸟”扶摇直上的动力源非神力,而是航空燃油,航空燃油却又恰恰是从不可再生而当下一路看涨的石油中提炼出来的。每年占全球二氧化碳排放总量2%的高污染也是国际航空业的一大“心病”。在双重“煎烤”下的国际航空开始探索 “新”能源。

  生物燃料逐渐替代航空燃油?

  根据国际航空运输协会(IATA,以下简称国际航协)和Platts公司最新发布的全球航油价格,截至2008年8月22日,全球航油价格达到331.8美分/加仑,合139.4美元/桶。以2008年全年航油平均价格142.2美元/桶计算(由2008年1月1日至8月22日价格平均计算得出),相较2007年航油支出的1360亿美元,全球航空公司在2008年将增加910亿美元的航油成本投入,达到2270亿美元。国际航空运输协会9月4日宣布下调对2008年航空运输业的财务预测。基于每桶原油113美元(航油140美元)的价格,2008年全球航空业将亏损52亿美元。

  在石油价格持续几年飙升的严峻形势下,继2008年2月24日英国维珍大西洋航空公司成为世界上第一家完成生物燃料试飞航空公司, 新西兰航空公司宣布将在今年或明年使用的一架波音737飞机的一个引擎中使用生物燃料和航空燃油的混合油;美国大陆航空公司将会在2009年投入使用的一架波音737飞机中使用第三代的生物能源;在2009年初,日航将会在波音747-300的普惠引擎上测试第二代生物能源;荷兰航空宣布,将会在2010年开始在其F-50机组上使用以藻类为基础的航油。显而易见,一场航空燃油革命悄然兴起。

  本报记者日前与英国维珍大西洋航空公司驻中国联络处取得联系,相关人士介绍说,维珍公司此次试飞生物燃料飞机的主要因由出于环保需求,而如果试验结果能够成功替代现有航空燃料,将是非常理想的一件事。试飞是在波音747-400飞机的一个引擎加入20%的生物燃料,这种生物燃料成分包括巴巴苏油和椰子油。

  飞机燃油大致有三种:航空汽油、航空煤油、航空柴油。民航客机燃油因具体机型和发动机类型种类而不同:涡轮发动机多使用航空煤油;活塞发动机多使用航空汽油。也有部分小型民航客机(例如一些小型商务机)使用航空柴油。普遍的客机绝大多数使用航空煤油。

  记者在采访中国石油化工研究院有关专家时了解到,大型客机能在1万米之上高空飞行,发动机必须适应高空缺氧,气温、气压较低的恶劣环境;航空煤油还应有较好的低温性、安定性、蒸发性、润滑性以及无腐蚀性,不易起静电和着火危险性小等特点。这些性能都有精确的数据指示来表示。例如挥发性的闪点(闭口)不应低于38℃、不应高于55℃~60℃,因为这一指标决定了飞机的启动性能,有关专家对生物燃料在洁净性的实际胶质指标上存在的疑虑最大:航空煤油的实际胶质量不应大于7mg/100ml,这一指标乙醇类燃料比较容易达到,而生物柴油就非常困难。

  在多达20多类项目指标的具体指标能否将生物燃料“拒之门外”呢?有关专家认为,进行生物燃料试飞的过程均有飞机发动机厂家的身影,这些指标之所以严格是因为现在已有的飞机发动机在高空作业要求航油必须达到这样严格的指标,而一旦发动机厂家能够根据试飞结果来改动发动机,也就是生产出适合高空作业的生物燃料的飞机发动机,那所有的指标都可能随之改变。这很有可能将是飞机史上的一次革命。

  与我国生物燃料发展处于世界领先的地位截然相反的是,因为我国目前飞机发动机尚不能实现国产,相关专家认为我国航空燃料替代的前景还非常遥远。

  40年太阳能

  让飞机告别燃油时代

  比生物燃料替代更“酷”的消息来自瑞士的阳光动力。记者在采访国际航空运输协会时了解到:国际航空运输协会 已成为阳光动力飞机的战略合作伙伴(Institutional Partner)。阳光动力飞机是一种实现了无燃料消耗和零排放的太阳能飞机。记者电话采访了阳光动力公司CEO André Borschberg先生。他向记者详细介绍了太阳能飞机的基本情况。 André Borschberg先生说:“Solar Impulse 传达了一个革命性的概念,突破材料、能源管理和人机界面等领域的现有瓶颈,是一架设计创新的飞机。”

  这架飞机机翼长达80米,与空客 A-380有一比。这样大型的机翼可为太阳能光电池提供足够的表面积,同时可降低诱导阻力。与传统飞机相比,Solar Impulse 的大小与重量可谓不成比例:空客重560吨,而这架太阳能飞机仅重两吨!凭借良好的空气动力性能,Solar Impulse 的超轻机体可承受相当的极限压力。

  在第一阶段,阳光动力计划制作了一架相对较小的样机,长度为61米,重1.6吨。当介绍如何在高空更好地将太阳能量转化为飞机的动力时André Borschberg先生说:“从太阳能板到螺旋推进器,飞行推进链上的每个环节都必须优化。”制造Solar Impulse需要最先进的技术,激发和推动科学界对复合结构、轻盈智能型材料、能量生产和储存等领域的研究。机翼外包裹一层由超薄太阳能电池组成的“皮肤”,密封而灵活,可承受重压和变形。驾驶舱仅能容纳一位飞行员,他必须在12000米高度和极低气压和温度下驾驶飞机。在最终版模型里,驾驶舱将配备生存系统以支持长时间飞行,生存系统具有耐压、供氧和去二氧化碳、去湿等功能。这些设备也必须尽可能轻巧和低功耗,以免加重推进系统的负担。

  机翼上的锂电池白天吸收能量。太阳能所提供的24小时平均发动机功率(12HP),实际已相当于1903年Wright Brothers(怀特兄弟)首次动力飞行的发动机功率!因此,只能通过优化效能,降低机身重量,才能取得成功。

  记者还了解到,阳光动力为达到太阳能飞机实现环球飞行的目标,制定了详细的阶段实施计划。计划分若干阶段:2007年造出第一架样机,2008年进行测试飞行。其任务是在2009年实现有史以来第一次夜间飞行。第二架飞机于2010年问世,正式冠以太阳能飞机之名。“阳光动力”自信地认为,这架飞机将在人类飞行历史上实现更多的“第一次”,足以媲美飞越美国和太平洋等飞行创举。环球飞行将成为一系列伟大初演的亮点。环球飞行计划于2011年5月起飞,沿北回归线绕地球飞行一周,中途在北半球每个大陆短暂停留一次,更换飞行员,以及向公众、科学界及政界展示成果。每次飞行会持续四至五天,这是飞行员单独飞行可坚持的最长时间。

  当记者问到此环球飞行是否途经中国并降落中国的机场时,André Borschberg先生说:“这要协调中国政府,如果条件允许他们一定会在中国停留。”

  在“阳光动力”太阳能飞机的试飞计划中,国际航空运输协会帮助阳光动力与每个站点、航管局之间沟通,帮助太阳能飞机进行测试。

  Solar Impulse计划的总预算为7000万欧元,目前已取得65%的赞助,足以支持第一架样机的制造和试飞。记者在问到每架太阳能飞机的成本问题时,André Borschberg先生认为,“因为一切都还处在试验阶段,所以制造成本现在还不能提供准确数字。‘阳光动力’更想凭借‘Solar Impulse计划’在全球范围内传达航空业的环境保护理念。”

  管理环节“新能源化”

  在国际航协的协调管理中,管理方式的优化也是非常有价值的一种能源。在油价高企的严峻形势下,为了能继续为3200万人提供就业机会,同时继续支持着35000亿美元的整体经济效益,航空公司必须像其他行业一样,改变方式以顺应市场的变化。

  基于此,我们似乎有理由相信国际航空业在能源替代与环保方面所作出的不懈努力,但由于技术等客观因素,种种尝试需要付出更多的积极努力,当然,更多人希冀新能源能够为国际航空领域带来全新的前景。


(责任编辑:徐沛宇)
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