飛機(jī)如何減排降碳?GE航空有話說(shuō)

文章來(lái)源:航旅圈碳交易網(wǎng)2022-06-17 09:13

6月15日,是“全國(guó)低碳日”,今年的主題是“落實(shí)‘雙碳’行動(dòng),共建美麗家園”。
 
當(dāng)前,交通運(yùn)輸業(yè)占中國(guó)二氧化碳來(lái)源的8%,位列電力行業(yè)和工業(yè)之后,排名第三,且隨著交通網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展逐年增加,目前已是我國(guó)碳排放增長(zhǎng)最快的行業(yè)之一。
 
 
而在交通運(yùn)輸行業(yè)中,航空業(yè)是重要的減排領(lǐng)域。據(jù)預(yù)測(cè),未來(lái)20年中國(guó)的新飛機(jī)需求為8600架,每年新增客運(yùn)量5.5%,在2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)中,還明確了在未來(lái)15年平均每年新增10個(gè)機(jī)場(chǎng)的規(guī)劃。飛機(jī)的碳減排,對(duì)實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)影響巨大。
 
為此,國(guó)際航協(xié)(IATA)也設(shè)定了2020年起限制碳排放,到2050年,碳排放減至2005年一半的目標(biāo)。
 
這樣的目標(biāo)設(shè)定與GE航空不謀而合。對(duì)于未來(lái)航空,GE航空的定義不僅是更快、更智能、更安全,也提倡更清潔、更環(huán)保、更可持續(xù)的飛行。
 
“幫助航空業(yè)客戶減少碳排放,提高燃油效率并減少碳足跡,這也是GE航空產(chǎn)品的價(jià)值核心,”GE全球副總裁、GE中國(guó)總裁、GE航空集團(tuán)大中華區(qū)總裁向偉明指出,秉持這一理念,GE航空及其合資公司長(zhǎng)期攜手合作伙伴在涵蓋飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)架構(gòu)、空氣動(dòng)力學(xué)、材料科學(xué)和燃料等領(lǐng)域都進(jìn)行了研發(fā)創(chuàng)新。
 
全譜系發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品升級(jí)
說(shuō)到航空業(yè)的“降碳”,發(fā)動(dòng)機(jī)減排提效至關(guān)重要。
 
GE航空是所有發(fā)動(dòng)機(jī)制造商中,唯一一家在過(guò)去十年,實(shí)現(xiàn)了全譜系飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品升級(jí)的公司,而對(duì)GE航空及CFM早前研發(fā)的每一代新發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō),都實(shí)現(xiàn)了油耗和碳排放量的降低。
 
如今,GE航空的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)油耗比1970年代和1980年代生產(chǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)降低了40%。此外,通過(guò)提高涵道比、引入空氣動(dòng)力學(xué)和新型燃燒技術(shù)、開發(fā)碳纖維復(fù)合材料風(fēng)扇葉片、陶瓷基復(fù)合材料和增材制造,GE航空的發(fā)動(dòng)機(jī)不僅重量更輕、耐熱力更強(qiáng)、部件設(shè)計(jì)更加優(yōu)化,推進(jìn)效率也得到顯著提升。
 
比如在單通道飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)方面, LEAP發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油效率就比CFM56發(fā)動(dòng)機(jī)提高了15%。
 
LEAP發(fā)動(dòng)機(jī)共有三款型號(hào)。目前,空客的A320neo、波音的737 MAX以及中國(guó)商飛研制的國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)C919客機(jī),都選擇使用了LEAP發(fā)動(dòng)機(jī)。
 
 
其中,LEAP-1A發(fā)動(dòng)機(jī)早在2018年6月就開始交付中國(guó)客戶了,目前共有10家大中華地區(qū)的航空公司,運(yùn)營(yíng)以LEAP-1A發(fā)動(dòng)機(jī)為動(dòng)力的A320neo系列客機(jī)。LEAP-1A交付中國(guó)至今,仍保持著零空停的可靠性紀(jì)錄。
 
也正是憑借著LEAP優(yōu)異的性能和可靠性,LEAP-1C發(fā)動(dòng)機(jī)成為中國(guó)商飛C919國(guó)產(chǎn)干線客機(jī)的動(dòng)力裝置。
 
目前,GE航空和其合作伙伴正積極支持中國(guó)商飛完成C919國(guó)產(chǎn)干線客機(jī)的試飛取證工作,并按照商飛的進(jìn)度全力支持C919的交付工作。
 
據(jù)了解,C919國(guó)產(chǎn)干線飛機(jī)最快于今年年內(nèi)交付首家客戶東方航空,而搭載CF34-10A發(fā)動(dòng)機(jī)的國(guó)產(chǎn)支線飛機(jī)ARJ21,更是已進(jìn)入了交付的快車道。
 
 
在中型雙通道發(fā)動(dòng)機(jī)方面,GEnx的燃油效率比CF6發(fā)動(dòng)機(jī)提高了15%;大型雙通道發(fā)動(dòng)機(jī)GE9X的燃油效率比GE90發(fā)動(dòng)機(jī)提高了10%;渦輪螺旋槳發(fā)動(dòng)機(jī)Catalyst的燃油效率則比市面上的同類發(fā)動(dòng)機(jī)高20%。
 
如今,GE航空仍在發(fā)動(dòng)機(jī)新技術(shù)上持續(xù)投入,并在涉足更多創(chuàng)新前沿領(lǐng)域,比如Catalyst發(fā)動(dòng)機(jī)將會(huì)作為電混動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ);Affinity發(fā)動(dòng)機(jī)也在研發(fā)中,主要側(cè)重于超音速公務(wù)機(jī)。
 
 
減排20%的技術(shù)法寶
目前,GE航空已經(jīng)在聯(lián)合合作伙伴開發(fā)下一代發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù),包括開放式風(fēng)扇、混合電力和先進(jìn)的熱管理概念等,這些技術(shù)有望將燃油效率較目前最先進(jìn)的單通道飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)再度提高20%以上。
 
其中,2021年6月宣布啟動(dòng)的RISE可持續(xù)發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)驗(yàn)證項(xiàng)目,就是用以驗(yàn)證及完善部分新型顛覆性技術(shù)。
 
RISE項(xiàng)目的目標(biāo),是要通過(guò)開放式風(fēng)扇架構(gòu),驗(yàn)證研發(fā)出較現(xiàn)役最高效的發(fā)動(dòng)機(jī)再減少20%以上油耗和碳排放的技術(shù)。項(xiàng)目還將驗(yàn)證混合電力性能、100%可持續(xù)航空燃料及氫能源的兼容等。
 
航空推進(jìn)系統(tǒng)的歷史演進(jìn)表明,要實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)效率指標(biāo)的突破,關(guān)鍵在于使用更大尺寸的風(fēng)扇,以提供更大的涵道比,增加發(fā)動(dòng)機(jī)的推進(jìn)效率,從而降低油耗。
 
向偉明指出,RISE項(xiàng)目預(yù)期在現(xiàn)役最高效的發(fā)動(dòng)機(jī)的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)額外減少20%以上的油耗和碳排放目標(biāo),僅靠在目前的渦扇發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)上進(jìn)行改良是無(wú)法達(dá)到的。因此,開放式風(fēng)扇架構(gòu)成為實(shí)現(xiàn)這一指標(biāo)的關(guān)鍵。
 
所謂開放式風(fēng)扇架構(gòu),就是沒(méi)有了風(fēng)扇機(jī)匣,這對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的研制來(lái)說(shuō),可以算是顛覆性的技術(shù)。而在這種架構(gòu)下,如何保障風(fēng)扇葉片的安全,不影響飛機(jī)安全,也是需要驗(yàn)證和解決的重點(diǎn)問(wèn)題。
 
據(jù)了解,RISE項(xiàng)目將采用復(fù)合材料(碳纖維復(fù)合)風(fēng)扇葉片。自1995年以來(lái),復(fù)合材料葉片已先后應(yīng)用于GE90、GEnx、LEAP和GE9X發(fā)動(dòng)機(jī)上,累計(jì)飛行1.4億小時(shí),另外,這些復(fù)合材料葉片沒(méi)有壽命限制。
 
除了開式風(fēng)扇架構(gòu),RISE項(xiàng)目正在研究的另一項(xiàng)重要技術(shù)是緊湊型發(fā)動(dòng)機(jī)核心。
2021年末,GE航空與美國(guó)宇航局共同宣布了另一項(xiàng)價(jià)值數(shù)百萬(wàn)美元的項(xiàng)目。通過(guò)這一項(xiàng)目,GE航空將測(cè)試并升級(jí)緊湊型發(fā)動(dòng)機(jī)核心機(jī)設(shè)計(jì),以提高熱效率,包括高速增壓壓縮機(jī)、低排放燃燒室和高壓渦輪技術(shù)等。此外,為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)低碳高效,GE航空還會(huì)持續(xù)發(fā)展一種先進(jìn)的耐熱材料——陶瓷基復(fù)合材料(CMCs)。GE預(yù)計(jì),這項(xiàng)技術(shù)將于2030年之前開展地面測(cè)試。
 
目前,RISE項(xiàng)目已經(jīng)進(jìn)行了幾次試驗(yàn)臺(tái)測(cè)試,根據(jù)相關(guān)規(guī)劃,RISE項(xiàng)目將于本世紀(jì)20年代中期進(jìn)行驗(yàn)證機(jī)的地面和飛行測(cè)試, 計(jì)劃于2030年代中期投入使用,屆時(shí),GE航空與賽峰集團(tuán)50/50平股的合資公司CFM國(guó)際將成為首家在單通道飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)領(lǐng)域引入混合動(dòng)力的公司
 
 
如何滿足未來(lái)航空新要求
除了RISE項(xiàng)目,GE航空還在推進(jìn)與合作伙伴的可持續(xù)航空燃料、氫能及混合動(dòng)力項(xiàng)目。
 
2007年以來(lái),GE航空就開始了對(duì)可持續(xù)航空燃料的評(píng)估和認(rèn)證,并在行業(yè)中制定了100%可持續(xù)航空燃料的標(biāo)準(zhǔn)。
 
可持續(xù)航空燃料是一種替代噴氣飛機(jī)燃料。較傳統(tǒng)的石油基燃料而言,可持續(xù)航空燃料由更可持續(xù)的原料和工藝生成,可有效減少生命周期內(nèi)的碳排放。
 
2021年12月,GE航空與美聯(lián)航合作,采用LEAP發(fā)動(dòng)機(jī)執(zhí)行了全球首個(gè)100%可持續(xù)航空燃料客運(yùn)航班。
 
除了載著100多名乘客從芝加哥飛往華盛頓特區(qū)以外,這趟航班還有一大亮點(diǎn)——據(jù)GE航空的燃料工程負(fù)責(zé)人Gurhan Andac(居爾汗·安達(dá)克)介紹,此次飛行對(duì)于將SAF最高混合比例提高至50%以上具有重要?dú)v史意義。
 
2022年5月,GE航空又宣布其Passport發(fā)動(dòng)機(jī)完成了搭載100%可持續(xù)航空燃料的飛行測(cè)試。
 
目前,已獲準(zhǔn)使用的可持續(xù)航空燃料由石油基的Jet A/Jet A-1與可持續(xù)航空燃料成分混合而成,最大混合比高達(dá)50%。GE航空的燃料技術(shù)負(fù)責(zé)人正領(lǐng)導(dǎo)國(guó)際工作小組制定標(biāo)準(zhǔn)化的行業(yè)規(guī)范,為推行不需要與傳統(tǒng)噴氣燃料混合的100% 可持續(xù)航空燃料提供支持。
 
在去年的迪拜航展上,GE航空還宣布將與阿聯(lián)酋航空和阿提哈德航空合作展開可持續(xù)航空燃料的相關(guān)項(xiàng)目。今年,GE航空計(jì)劃進(jìn)行更多100% SAF的試飛項(xiàng)目。
 
今年2月,CFM國(guó)際還宣布與空客共同開展氫示范項(xiàng)目,采用GE Passport™渦扇發(fā)動(dòng)機(jī),將它安裝在空客A380尾部,使用氫作為燃料進(jìn)行地面和飛行測(cè)試,希望為未來(lái)2035年零碳排放飛機(jī)的成功研發(fā)奠定良好的基礎(chǔ)。
 
“隨著技術(shù)的不斷改進(jìn),如果我們提煉可持續(xù)航空燃料的成本進(jìn)一步降低,達(dá)到能夠與石油或目前的航空煤油相競(jìng)爭(zhēng)的水平,甚至稍微高一點(diǎn),這項(xiàng)技術(shù)可能很快就可以大面積推廣,因?yàn)榛旧纤蠫E航空的發(fā)動(dòng)機(jī)都可以采用可持續(xù)航空燃料,技術(shù)上已經(jīng)不成問(wèn)題。”向偉明指出,而在氫燃料方面,不僅僅是發(fā)動(dòng)機(jī)的問(wèn)題,還要跟飛機(jī)項(xiàng)目共同配合,技術(shù)驗(yàn)證是一方面,投入具體飛機(jī)使用是另外一方面,“我們預(yù)計(jì)這項(xiàng)技術(shù)在新的機(jī)型出來(lái)之后,有機(jī)會(huì)大規(guī)模推廣。”
 
此外,GE航空與美國(guó)宇航局NASA還在進(jìn)行混合電力技術(shù)驗(yàn)證項(xiàng)目,去年10月宣布獲得了NASA總計(jì)將近1.8億美元的合同,用于開發(fā)“兆瓦級(jí)混合電力推進(jìn)系統(tǒng)”。今年2月,GE航空宣布與波音在單通道飛機(jī)上進(jìn)行技術(shù)成熟度準(zhǔn)備情況演示,這個(gè)項(xiàng)目不僅為未來(lái)的發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)和其它混合電力產(chǎn)品研發(fā)奠定基礎(chǔ),還能為混合電力發(fā)動(dòng)機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)、認(rèn)證和監(jiān)管要求制定提供數(shù)據(jù)指導(dǎo)。
 
“高可靠性、高使用率、低油耗、低排放、低噪音始終是我們的追求。長(zhǎng)久以來(lái)中國(guó)一直是GE全球除美國(guó)本土之外的最大單一市場(chǎng)和重要戰(zhàn)略市場(chǎng),也是GE全球發(fā)展的重要引擎和組成部分,”向偉明表示,“未來(lái)GE航空將繼續(xù)專注航空領(lǐng)域的技術(shù)革新,以創(chuàng)新技術(shù)驅(qū)動(dòng)可持續(xù)高效未來(lái)的承諾,助力中國(guó)實(shí)現(xiàn)綠色低碳的發(fā)展目標(biāo)。”
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