توسعه سریع هواپیمای الکتریکی عمودی و فرود (eVTOL) برای تبدیل تحرک شهری تنظیم شده است، زیرا شهرها متراکم تر می شوند، ایجاد زیرساخت های شارژ قوی برای فعال کردن عملیات های مکرر و قابل اعتماد eVTOL ضروری است. این مقاله آینده زیرساخت شارژ eVTOL در محیط های شهری متراکم را بررسی می کند، جزئیات محدودیت های فعلی، چالش های کلیدی، راه حل های نوظهور و مسیر مشترک.

سیستم عامل فعلی eVTOL برای شارژ کردن

ایستگاه های شارژ eVTOL امروز عمدتا در نمونه های اولیه و اولیه (FLT 1) و Helipads شهری قرار دارند، این تاسیسات به طور معمول retarget (FLT:0) وسیله نقلیه الکتریکی (EV) شارژ سخت افزار ، مانند CCS یا CHAdeMO، که قدرت در محدوده 50-350 کیلووات AE ارائه می دهد، در حالی که برای اثبات سیستم های شارژ کوتاه مدت نیاز به سیستم های شارژ کردن سیستم های شارژ الکترونیکی دارند.

چندین شرکت پیشگام - از جمله هواپیمایی کاردی، آرچر و لیلیوم - با ارائه دهندگان تکنولوژی شارژ همکاری کرده اند تا راه حل های آزمایشی را آزمایش کنند، به عنوان مثال، شرکت هواپیمایی کاردی با Beta Technologies [FLT 1] همکاری کرده است تا سیستم های شارژ یکپارچه را آزمایش کند.اما دولت فعلی با هر تولید کننده و دنبال کننده استاندارد، به سرعت عملیات های مقیاسی و گواهینامه های ناوگان، تقسیم شده است.

چالش های محیط شهری Dense Urban Environments

استقرار زیرساخت شارژ eVTOL در محیط های شهری فشرده مجموعه ای منحصر به فرد از موانع فنی، فضایی و نظارتی را ارائه می دهد.

املاک و مستغلات محدود

زمین های موجود در مراکز شهری کمیاب و گران است. Vertiports باید در پشت بام های موجود، ساختارهای پارکینگ یا مراکز حمل و نقل یکپارچه شوند. تجهیزات شارژ با قدرت بالا در کنار پد فرود، ترمینال های مسافر و ذخیره سازی باتری نیاز به ⁇ ، طرح های مدولار .برنامه ریزان شهری همچنین باید دسترسی به جاده ها برای نگهداری وسایل نقلیه و خدمات اضطراری، و غیره را در نظر بگیرند.

ظرفیت شبکه برق

شارژ یک eVTOL در 1 مگاوات معادل با تقاضا از صدها خانوار است.(یک گزارش شلوغ با چندین بار همزمان می تواند به 10 مگاوات یا بیشتر نیاز داشته باشد – بار که بسیاری از ایستگاه های زیرزمینی شهری نمی توانند در حال حاضر تحویل دهند. ارتقاء شبکه شامل زمان های طولانی، هزینه های قابل توجه و هماهنگی پیچیده با شرکت های ابزار بدون سرمایه گذاری فعال، محدودیت های قدرت تبدیل به یک تنگنا برای عملیات ذخیره سازی پویا و منابع انسانی می شود.

تنظیم مقررات و Zoning Hurdles

کدهای منطقه ای شهرداری به ندرت برای زیرساخت های eVTOL حساب می کنند. اجازه تجهیزات الکتریکی با ولتاژ بالا، Helipads پشت بام و اقدامات سر و صدا می تواند پروژه ها را تا سال ها به تاخیر بیندازد. مقررات ایمنی از FAA و ادارات آتش محلی، موانع سخت، الزامات سرکوب آتش و پروتکل های مدیریت حرارتی باتری را تحمیل می کند.

محیط زیست و اثر آکوستیک

هواپیماهای eVTOL آرام تر از هلیکوپتر هستند، اما زیرساخت شارژ باعث ایجاد سر و صدا از طرفداران خنک کننده، برق الکترونیک و تجهیزات پشتیبانی زمینی می شود.در مناطق مسکونی، این صدا باید با استفاده از سقف سبز و موانع صوتی برای ترکیب با کابینت های شارژ بزرگ، کابل کشی و بالقوه خورشیدی - همچنین باید به حداقل برسد.

قابلیت اطمینان عملیاتی و امنیت

شرکت هواپیمایی شهری روز 18 تا 20 ساعت کار می کند و نیاز به سیستم های شارژ با اجزای اضافی و قابلیت های نگهداری پیش بینی شده دارد. امنیت سایبری یکی دیگر از نگرانی ها است: شبکه های شارژ متصل می توانند برای حملاتی که برنامه های تاکسی هوایی را مختل می کنند، هدف قرار بگیرند و پروتکل های تأییدیه امن برای محافظت از هر دو قدرت و جریان داده ها توسعه یافته اند.

راه حل های نوآورانه برای زیرساخت های آینده

پرداختن به این چالش ها نیازمند روش های مهندسی و طراحی شهری جدید است. امیدوار کننده ترین راه حل ها در آزمایشگاه ها و استقرار خلبان در سراسر جهان مورد آزمایش قرار می گیرد.

شارژ فوق العاده بالا-Power Wired

برای گزارش های ثابت، کابل ها و کانکتور های مایع که قادر به توسعه 1 تا 2 مگاوات هستند، این سیستم ها از خنک کننده فعال برای مدیریت اتلاف گرما در طول شارژ سریع استفاده می کنند.شرکت هایی مانند :ABB [FLT 1] و زیمنس سیستم های شارژ مگاوات خود را از برنامه های سنگین الکتریکی برای استفاده از خودکار خودکار خودکار، می توانند بلافاصله اتصال به زمان فرود و اتصال سریع را کاهش دهند.

شارژ بی سیم Inductive

پد شارژ ورودی جاسازی شده در سطح فرود، اتصال فیزیکی را از بین می برد، شارژ را به محض اینکه هواپیما به پایین می آید، شروع می کند.این عملیات را ساده می کند و نمونه های مکانیکی را کاهش می دهد. فعلی بهره وری 300-500 کیلووات بیش از شکاف های کوچک هوا را به عنوان تحقیق هدف قرار دادن 1 مگاوات در عرض چند سال.

ایستگاه های تعویض باتری

تعویض باتری با بسته های قبل از شارژ می تواند سریعتر از هر روش شارژ باشد - زمان مبادله معمولی زیر 5 دقیقه است. ایستگاه های تعویض نیاز به مخترعان بزرگ ماژول های باتری استاندارد، سیستم های کنترل روباتیک قوی و ذخیره سازی امن برای شارژ بسته های متعدد به طور همزمان.این رویکرد توسط شرکت هایی مانند آمپر و برخی از برنامه های eVTOL نظامی مورد علاقه است.

ادغام انرژی های تجدید پذیر و ذخیره سازی انرژی

برای کاهش فشار شبکه و بهبود پایداری، vertiports می تواند پانل های خورشیدی در محل، توربین های بادی و سیستم های ذخیره سازی انرژی باتری (BESS) را در طول ساعات خاموش، بافر ذخیره سازی می تواند از شبکه شارژ؛ در طول تقاضای اوج، آنها را به این دیسک پر شده و می تواند عملیات جزیره را در طول قطع شبکه های معمولی Atiport می تواند شامل سیستم های ذخیره سازی ثابت 2، ذخیره سازی ثابت، این فایل های یکپارچه است.

Smart Grid و Dynamic Load Management

الگوریتم های شارژ هوشمند توزیع برق را بر اساس برنامه های پرواز، سیگنال های باتری از هزینه و ابزار اولویت بندی می کنند. اپراتورهای ناوگان می توانند از هوش مصنوعی برای جلوگیری از حوادث شارژ، جلوگیری از همزمان با سرعت بالا، مفاهیم خودرو به شبکه (V2G) ممکن است اجازه دهند باتری های eVTOL برای تغذیه برق به شبکه در طول دوره های بیکار، ایجاد جریان های درآمد خلبان در برنامه های مشارکت محلی برای بررسی عملیات های پاسخ هوایی طراحی شده است.

طراحی و مقیاس پذیری

تجهیزات شارژ آینده از پیش ساخته و مدولار خواهد شد، اجازه می دهد مونتاژ سریع در رد پای محدود شهری، تجهیزات شارژ در کابینت های فشرده، ضد آب و هوا قرار گیرد که می تواند انباشته یا دیوار نصب شده باشد، برخی از طرح ها شامل سلاح هایی هستند که از ساختمان ها، به حداقل رساندن گرد و غبار زمین استفاده می کنند.

آینده چشم انداز و تاثیر

دهه بعد شاهد یک تکامل مرحله ای از زیرساخت شارژ eVTOL خواهد بود. استقرار کوتاه مدت (2025-2028) بر چند نمایشگاه شهری با ترافیک بالا با شارژ سیمی و مبادله باتری محدود تمرکز خواهد کرد.تا 2030، شارژ بی سیم و میکروشبکه های تجدید پذیر در محل در مناطق کلان شهری رایج خواهد شد (20طولانی، عملیات به طور کامل یکپارچه در شبکه های پشتیبانی از شبکه های هوشمند با هزاران شبکه های شارژ روزانه یکپارچه شده است.

استاندارد سازی و Interoperability

صنعت (مانند EASA و FAA با تولید کنندگان کار می کنند تا رابط های شارژ مشترک، پروتکل های داده و الزامات صدور گواهینامه ایمنی را تعریف کنند. استاندارد یکپارچه شارژ متقابل را فعال می کند - همان تاییدیه می تواند مدل های مختلف eVTOL را خدمت کند، بسیار شبیه به یک ایستگاه گاز تمام ماشین های وابسته به اعتماد به شبکه و اثرات حیاتی برای سرمایه گذاران است.

مزایای اقتصادی و شهری

زیرساخت های شارژ کارآمد هزینه های عملیاتی را برای اپراتورهای تاکسی هوایی کاهش می دهد، قیمت بلیط را کاهش می دهد و تحرک هوایی شهری را برای جمعیت وسیع تر قابل دسترس می کند.با تغییر سفرهای کوتاه از جاده ها به آسمان، شهرها می توانند ترافیک ترافیک را 30 تا 40 درصد در راهروهای حمل و نقل هوایی، مسیرهای صوتی و آلودگی، کاهش دهند، به ویژه هنگامی که شارژ توسط انرژی های تجدید پذیر انجام می شود، و شرکت های حمل و نقل هوایی جدید می توانند آخرین بسته های اضطراری را ایجاد کنند.

همکاری و مسیر سیاست

استقرار موفق نیازمند یک اکوسیستم تعاونی است که توسط سازمان های شهری، خدمات، ارائه دهندگان فن آوری و تنظیم کنندگان هوا هدایت می شود.شهرهایی مانند لس آنجلس، دالاس و سنگاپور قبلا نیروهای کار خصوصی را برای برنامه ریزی شبکه های سیاست های تاییدیه تشکیل داده اند - مانند مجوز سریع، پاداش های چگالی برای تاییدیه ها و کمک های مالی برای ارتقاء شبکه - زیرساخت های توسعه دهنده را تسریع می کنند.

نتیجه گیری

آینده زیرساخت شارژ eVTOL در محیط های شهری متراکم هر دو چالش برانگیز و امیدوار کننده است، در حالی که محدودیت های فضا، قدرت و مقررات راه حل های قابل توجه، نوآورانه - از شارژ بی سیم و تعویض باتری به شبکه های هوشمند و خطوط هوایی ماژولار - همکاری بین ذینفعان ضروری است برای ایجاد یک شبکه شارژ یکپارچه، پایدار و مقیاس پذیر به عنوان فن آوری حمل و نقل کامل، و راه اندازی مجدد از طریق این وسایل هوایی و سرمایه گذاری های بالقوه، باز کردن.