西門子為CityAirbus提供動力系統

自2016年起，西門子與空客公司一直在合作研發面向領域的混合動力電力推進系統。CityAirbus是采用這些技術的開創性飛機之一；它是一架針對城市空中交通的特殊需求而設計的驗證機，具有性意義。CityAirbus計劃將于今年晚些時候實現首飛，它已實現一個重要的里程碑：地面測試已經開始。

在位于德國奧托布倫的測試中心，空客公司項目經理Martin Nüsseler先生、空客公司直升飛機業務部CityAirbus項目負責人Marius Bebesel和西門子電動飛機業務部負責人Frank Anton博士接受了我們的專訪，與我們分享這個振奮人心的項目。

Nüsseler先生，Anton博士，我們面前的這個東西究竟是什么？

Nüsseler：我們面前的這個東西是“鐵鳥”CityAirbus。CityAirbus是一架針對城市交通而設計的電動多旋翼飛行器。這只“鐵鳥”的使命是對整個推進系統進行端到端測試。它包含電池、配電系統和電力推進裝置，可通過自主飛行控制系統，在閉環控制回路中進行操作。在這個全系統測試臺上，我們正在操作并驗證整個系統的動態性能，包括電氣、散熱和機械等方面。這套裝置配備西門子電力傳動單元，它連接至模擬實際螺旋槳負荷的負載電機上。這是CityAirbus邁向首飛途中的重要里程碑，首飛計劃將于今年晚些時候進行。

在將動力系統安裝到CityAirbus中之前，

它必須在地面實現可靠運行并通過嚴格測試。

在全系統測試臺上，西門子和空客公司正在操作并驗證整個系統的動態性能，包括電氣、散熱和機械等方面。

探：Martin Nüsseler、Frank Anton和Marius Bebesel（從左至右）在CityAirbus測試中心。

除用于驅動包端螺旋槳的電機之外，西門子還開發了變頻器和電力管理系統。

Anton：這里你看到的8臺電機，構成了動力系統，每臺電機的大功率為200kW，它們是專門針對這個特定應用而設計的。它們的扭矩密度高達30Nm/kg，這實際上刷新了紀錄。換句話說，這些重量不足50公斤的電機，可以產生1500Nm的額定扭矩。除電機之外，西門子還提供了變頻器和電力管理系統。順便說一下，我們在很短時間內完成了動力系統的交付。從初的構思，到終的原型，我們僅用9個多月時間就完成了。這無疑歸功于我們兢兢業業的團隊，以及強大的數字化工具，特別是來自PLM的SimcenterTM，這是電動飛機業務部在研發工作中通常使用的工具。

您可否詳細談談CityAirbus及其應用領域？另外，對于電動飛機的未來，這個項目有何重大意義？

Nüsseler：由電池供能的CityAirbus是一種城市空中交通工具。在擁堵的特大城市，它能以高達120公里的時速，安全、快速地運送多4名乘客，而不產生任何局部排放，并且運營成本較低。典型的飛行目的地包括機場、火車站或摩天大廈的樓頂。初期，CityAirbus將由飛行員駕駛，不過，自主飛行的無人飛機亦在計劃之中。

Anton：由4個涵道螺旋槳傳動裝置構成的創新配置，地提高了系統安全性，并確保降低噪聲。不論何種情況下，將交通拓展至“第三維度”（即：空中）的好處是，電機比常規發動機更安靜，且低排放。這種應用充分利用了電動交通的各種優勢，然而，這只是其中一小部分。CityAirbus必須垂直起飛和降落，并且能夠在各個方向上機動飛行。此外，它沒有滑翔機翼。這意味著，它的起飛動力必須*來自動力系統。它的動力系統采用大扭矩電機，這是實現這種應用的理想解決方案。

它什么時候可以載人飛行？首飛計劃的下一步是什么？

Bebesel：我們計劃在今年年中把推進系統實體集成到驗證機中。CityAirbus的初始結構已經生產完畢，現在正在裝配。要實現飛機量產，還必須進一步優化配置，以滿足城市空中交通要求，并提高商業盈利能力。在2025年之前，技術上將可實現產品商業化，但這取決于，這種城市空中交通在公眾接受度、基礎設施建設和法規制定等方面的進展。

Anton：我們在這個項目中的工作，展示了利用電動飛機來補充城市交通的技術可行性。我們希望，對驗證機的飛行測試可以支持我們獲得機型認證，同時也激發公眾對這一概念的熱情。

即插即用：船只的岸邊“插座”

直到近，停泊在港口的船只都需要利用柴油發電機來為船上的電網供電。現在，西門子的解決方案能為船只提供岸電。這樣一來，貨船和游輪就無需使用自己的發電機，而這也意味著它們在當地將不再產生氣體排放或制造噪音。這個解決方案的應用案例位于德國的庫克斯港。它正在幫助一座風機制造工廠減少自己的碳排放。

在市場中，大約90%的貨物都由船只運輸，而大多數船只都由柴油發電機提供電力。但是，它們不僅會在海上產生排放，停靠在碼頭時也需要電力。這就是*每個碼頭都在運作船用發電機的原因——為貨船、游輪或渡船供電。但是，這也導致了大量二氧化碳、氮氧化合物和顆粒物的排放。因此，許多港口運營方決定設法消除隨這些供電行為而來的空氣與噪音污染。此外，越來越多的航運公司也希望變得更加環境友好。因此，它們開始讓自己的船只使用岸電。

將二氧化碳排放減半

德國漢堡市西部的庫克斯港北海碼頭內的一座新設施就是一個很好的例子。它于2018年5月25日投運。在這里，船只可以關閉柴油發電機并接入由西門子開發的岸電基礎設施Siharbor來獲得電力。Siharbor可提供一個定制的貨船電纜饋線系統，使用來自公共電網的電力為船只供電。

西門子的這項技術已在呂貝克和漢堡阿爾托那應用。它可以避免在當地產生氣體排放和噪音污染。位于庫克斯港的這座設施由當地電力公司EWE Netz GmbH為一個德國北部的港口基礎設施公司下薩克森州港口公司（NPorts）建設，主要的服務對象是滾裝船。這類船只的貨物通常由專門的牽引車直接進出貨艙裝卸。

西門子歌美颯可再生能源公司（西門子歌美颯）是的風電供應商之一。由于公司在庫克森港設施附近建設的風機制造工廠近期投運，它將成為這個系統的主要用戶。西門子歌美颯將利用岸電基礎設施為風機零件的運輸供電，這些零件將送往它位于英國赫爾的姐妹工廠。

如此一來，零件運輸帶來的排放將大大減少。“如果我們假設每條船每周在庫克斯港停靠24小時，它的柴油發電機將會排放高達359噸的二氧化碳。”西門子負責基礎設施領域的銷售工程師Thomas Kopel表示。“但是，有了岸電，根據能源種類的不同，整體二氧化碳排放量會大大減少。例如，根據歐盟能源組合標準，每條船的二氧化碳排放量大約為170噸，比原來減少了超過一半。當然，如果利用可再生能源發電會為理想，那樣二氧化碳排放量將會降到零。”

為了保持船上設施和高壓交流系統正常運轉，當船只停泊時，它們依然會燃燒燃料。因此，漢堡港口需要依靠由Siharbor提供的可持續的電力供應。

低壓轉換器

Siharbor岸電系統的裝機容量為630千瓦。它包含一個換流站（SIPLINK）和一個電纜饋線系統。饋線系統還帶有一根可連接船體的傳輸線。供電系統沿碼頭移動至目標船，而它的電纜則排布在海堤內一個覆蓋著鋼板的溝渠里。一只機械臂會將電纜傳遞到船上，然后電纜會通過插頭連接至船上電網。

整個岸邊連接設施都可以從船上遠程遙控，*不需要額外人力。此設施還能根據潮汐情況自動調整機械臂的高度以將電纜從合適的高度傳遞到船上。在庫克斯港，根據潮汐的情況和船的負荷水平，這個高度的差距可達到12米。

由Siharbor轉換的電力可立即被船只使用。當然，這些船只需要和電纜對應的連接方式。連接成功后，公用電網提供的50赫茲電力將轉換為換流站所需的60赫茲的電力。“大約有75艘船使用60赫茲的船上電網。”Kopel說，“在美國之外，電網通常都以50赫茲的頻率運作。這就是為什么低壓轉換器是我們技術的核心。”

復雜的系統

“變壓器，轉換器和開關設備，在Siharbor系統里的西門子技術是我們的業務核心。由于主要組件之間的聯動，我們可以很好地控制在不同項目中大小不同的技術風險。”負責Siharbor業務拓展的Knut Marquart表示。

Marquet認為這種系統還未在普及的原因有幾點。“除加州以外，目前其他國家或地區都還沒有制定任何針對岸電基礎設施的政策和規范。但是，此領域前景可期，而我們已經通過科技占據了一席之地。”

舉例來說，在庫克斯港，安裝Siharbor系統的主要原因是港口運營方要求減少船只產生的噪音。在漢堡阿爾托那，Siharbor系統在2016年投運，此后，停靠在港口的游輪開始與之相連。這個解決方案至今仍是的，*一例。AIDA游輪公司發回的數據顯示，使用Siharbor解決方案后，船只的燃料消耗量大約是1.2噸/小時。

政經兩界的代表為庫克斯港Siharbor岸電基礎設施舉行投運儀式

廣泛的應用

“Siharbor可以滿足來自港口運營方、船主、船塢和供電機構的廣泛的需求，”Marquart表示。“它可以安裝在每個港口和每個錨位上，還可以根據任何船只種類的任何電力需求進行調節。”

Marquart也發現了其它領域內的商機。“轉換器、開關和變壓器的組合也適用于許多其它領域內的應用，”他說。“從原則上來講，它在任何需要電網之間相互連接的領域內都可以應用。”類似的系統確實已在幫助提高石油與天然氣平臺的供電安全性并正在進行電網內的電力潮流管理。