航空業面臨的挑戰
當今各產業正面臨來自政府、客戶和其他利害關係人的前所未有的壓力，要求減少其對環境的影響，而航空業正面臨所有產業中最複雜的永續性挑戰。隨著全球對氣候變遷的意識日益增強，航空公司和航空企業必須應對不斷增加的監管要求、不斷變化的客戶期望，以及投資者對其環境績效日益嚴格的審查。這種壓力遍及整個航空價值鏈，從飛機製造商到機場營運商，迫切需要全面的脫碳策略，以解決眼前的營運改善和長期的技術轉型。
航空業約佔全球碳排放量的 2.8%，但由於其獨特的營運要求和技術限制，它也是最難以脫碳的產業之一。
該產業的永續性挑戰是多方面的且相互關聯。飛機污染仍然是主要問題，航空排放不僅導致 CO2，還會產生非 CO2 效應，例如氮氧化物、水蒸氣和顆粒物，這些都會影響氣候變遷。歐盟委員會估計，航空業產生了 13.9% 的運輸排放，使其成為繼道路運輸之後運輸部門中第二大溫室氣體排放源。
為什麼航空業難以脫碳？
永續航空燃料在可及性和定價方面都面臨重大障礙，因為目前的製造能力預計到 2030 年只能滿足該產業需求的極小部分。
技術障礙也阻礙了航空業的脫碳努力。雖然電動和氫動力推進等新興飛機技術為區域航線提供了潛在的解決方案，但由於能量儲存密度和功率重量比的限制，它們在遠程營運方面遇到了很大的限制。
包括電動和氫動力推進系統在內的新型飛機技術，在短途飛行中展現了前景，但由於能量密度要求，在較長應用中面臨重大挑戰。
使航空業特別難以脫碳的其他因素包括：
- 基礎設施限制和資本密集度：航空業的營運依賴大量的資本存量，包括專為傳統噴射燃料優化的長期設備和基礎設施。航空公司在改造現有機隊方面面臨著巨大的成本，而機場則需要大量的基礎設施投資，以支援替代燃料的儲存、分配和處理系統。
- 重量和能量密度要求：飛機設計從根本上受到重量限制和對能量密集型燃料的需求的限制。
- 多方面的氣候影響：除了碳排放外，航空業還會產生複雜的非 CO2 效應，包括凝結尾跡、氮氧化物和水蒸氣，這些都會導致氣候變暖。
- 漫長的開發和認證時間表：新型飛機和推進技術需要廣泛的測試、認證和監管批准流程，這些流程可能跨越數十年。
- 經濟和成本障礙：向永續技術的轉型涉及大量的預先投資和成本障礙，航空業中的許多公司難以融資，特別是當 SAF 等永續替代品仍然比傳統噴射燃料貴得多時。
在所有這些新興途徑中，在實際營運條件下設計、驗證和降低電力架構風險的能力，成為航空脫碳的核心推動因素。
電力電子測試如何有助於克服這些挑戰？
電力電子測試 涉及在模擬的真實環境條件下對電氣元件和系統進行全面評估。
此測試包括各種方法，包括硬體迴路 (HIL) 和功率硬體迴路 (PHIL) 測試，使工程師能夠在實際飛行實施之前驗證電力推進系統、優化電力網路並加強安全協議。
該測試過程解決了關鍵方面，例如電磁相容性 (EMC)、功率品質、熱管理以及在極端環境條件下的營運可靠性，包括飛機在飛行營運期間遇到的高度變化、溫度波動、振動和濕度變化。
航空業中電力電子測試的關鍵範例包括：
- 先進的能量儲存測試：全面評估電動飛機的能量儲存系統，包括生命週期測試、在各種負載條件下的效能驗證以及安全評估，以確保在整個飛行營運中提供可靠的電力
- 電動馬達驅動和推進系統測試：透過 HIL 測試驗證電力推進元件，確保最佳效能、效率以及與飛機配電系統的整合
- 配電單元 (PDU) 測試：評估在整個飛機中管理電力流動的功率轉換器、逆變器和配電系統，確保向所有電子系統提供穩定可靠的電力
- 環境應力測試：在極端條件下評估電力電子產品，包括溫度循環、振動測試和濕度暴露，以模擬真實的飛行環境並確保元件可靠性
因此，電力電子測試透過確保能夠實現更永續飛機技術的電力系統的可靠性、安全性和效能，在航空業的脫碳中發揮著至關重要的作用。隨著航空業向電動和混合動力推進系統轉型，對電力電子元件進行嚴格測試對於驗證這些創新解決方案至關重要。
認識 Spherea 的 PLUTON
PLUTON® 系列 是 5 年多研發的成果，現在是市場上最有價值的 AC 和 DC 再生電源。PLUTON® 系列是一種可配置的四象限電源和電力系統模擬器，可在各種控制能力下工作，無論有無嵌入式即時模型：
- 功率放大器，電壓或電流控制
- 電池、燃料電池和內建電動機模擬器
- 具有高速遠端控制能力的再生電源/負載
PLUTON® 系列整合了創新的多層、高頻開關技術，專為即時電力系統模擬而設計。其先進的控制系統可實現自訂模型的低延遲執行。PLUTON® 解決方案可以與第三方模擬器無縫整合，並在功率硬體迴路 (PHIL) 應用中充當功率放大器。它專為多功能性而設計，可在 AC 和 DC 模式下運作。
PLUTON 如何加速航空業脫碳
PLUTON 的先進電力電子測試能力直接解決了航空業在向永續技術轉型過程中面臨的關鍵挑戰。隨著航空公司和整個航空業的公司努力實現歐盟委員會和 CORSIA 等國際框架制定的嚴格碳排放減少目標，PLUTON 提供了驗證和優化下一代航空電力系統所需的基本測試基礎設施。
電動飛機推進系統驗證
PLUTON 的四象限電源和模擬能力可對電動飛機推進系統進行全面測試，這對於航空活動脫碳至關重要。該系統模擬電池、燃料電池和電動機的能力使工程師能夠：
- 驗證馬達驅動效能 在實際飛行條件下，確保在飛行營運的所有階段實現精確的功率轉換和控制
- 測試電動和混合動力飛機的配電網路，優化能源效率並降低整體系統重量
- 模擬再生系統，該系統可以在飛機下降和著陸階段回收能量，從而將整體能源效率提高多達 15%
先進的能量儲存測試
隨著航空業開發具有電動和混合動力推進系統的新型飛機，能量儲存系統（包括電池和氫基解決方案） 成為關鍵元件。PLUTON 的再生測試能力提供：
- 在極端航空條件下全面驗證能量儲存系統，包括快速高度變化、溫度變化、瞬態負載和高功率營運週期
- 生命週期測試，可加速老化和降解機制，以預測系統在 10–20 年飛機營運壽命 內的效能，跨越不同的儲存技術
- 安全評估協議 確保符合嚴格的航空安全標準，同時支援高能量密度、高效的能量轉換和穩健的系統整合
支援下一代飛機開發
PLUTON 的功率硬體迴路 (PHIL) 功能使開發新型飛機技術的公司能夠：
- 縮短開發時間表 透過在物理原型之前對電力系統進行即時模擬和測試
- 優化氫燃料電池系統的電力電子產品，支援開發用於區域航線的零排放飛機
- 驗證複雜電力系統的電磁相容性 (EMC)，確保符合航空安全法規。
支援下一代飛機開發
PLUTON 的功率硬體迴路 (PHIL) 功能使開發新型飛機技術的公司能夠：
- 縮短開發時間表 透過在物理原型之前對電力系統進行即時模擬和測試
- 優化氫燃料電池系統的電力電子產品，支援開發用於區域航線的零排放飛機
- 驗證複雜電力系統的電磁相容性 (EMC)，確保符合航空安全法規。
對航空業脫碳目標的實際影響
PLUTON 的測試能力透過加速永續技術的開發和部署，直接有助於航空業雄心勃勃的脫碳目標。
該系統進行營運措施測試的能力確保了新的電力推進系統不僅滿足環境目標，而且還保持了航空業要求的安全性、可靠性和效能標準。這種全面的測試方法代表了驗證到 2050 年實現淨零航空排放所需技術的關鍵第一步。
透過 PLUTON 的先進測試能力，Spherea 正在直接支援航空價值鏈克服歷史上減緩航空脫碳努力的技術和成本障礙，使航空公司和飛機製造商在全球範圍內更容易獲得永續航空技術並使其在商業上可行。