Uusi moottori sähkölentokoneisiin

ENGINeUS-moottori
ENGINeUS-moottori
Jari Mäkinen

Sähkölentokoneilla on kaksi haastetta: akkutekniikka ja moottori. Akut ovat edelleen varsin painavia suhteessa latauskapasiteettiin, ja ilmailukäyttöön hyväksyttyjä moottoreita on kovin vähän.

Euroopan lentoturvallisuusvirasto (EASA) on myöntänyt sertifikaatin ENGINeUS 100 -moottorille. Kyseessä on ensimmäinen Safran Electrical & Power -yhtiön uusista moottoreista, joita tullaan käyttämään sähkölentokoneissa. 

Moottorin ensimmäinen käyttäjä tulee olemaan Diamond Aircraft eDA40 -koneessaan. Kyseessä on DA40 -konetyypin sähköistetty versio, missä moottorin ja siihen liittyvien systeemien vaihtamisen lisäksi on rungon alle laitettu aerodynaamisesti muotoiltu akkupaketti.

eDA-40 lennossa

Diamond eDA40 koelennolla. Ulkoisesti koneen erottaa polttomoottorilla varustetusta koneesta kookkaasta akkupaketista rungon alapuolella. Kuva: Diamond Aircraft

 

ENGINeUS 100 on ensimmäinen Safran Electrical & Power -yhtiön ENGINeUS-sarjan moottoreista, joita tuottamaan yhtiö on rakentamassa neljä puoliautomatisoitua tuotantolinjaa Niortiin (Ranska) ja Pitstoneen (Iso-Britannia). Niissä valmistetaan yli 1 000 sähkömoottoria vuodessa vuodesta 2026 alkaen. 

Moottoria testattiin laboratorio-olosuhteissa yli 1 500 tuntia ja yli 100 lentotuntia todellisissa olosuhteissa lentokoneella. 

Safranille ja EASAlle kyseessä on tärkeä askel myös siksi, että moottorin sertifioinnin kuluessa on myös määritelty tulevaisuutta varten sähkömoottoreihin sekä niiden systeemeihin liittyvät erityiset lentokelpoisuussäännöt ja suunniteltu menetelmät moottorien arviointiin ja kelpuuttamiseen.

ENGINeUS 100 -sähkömoottori tuottaa maksimissaan 125 kW tehoa, ja sen paino-tehosuhde on 5 kW/kg. Ilmailussa juuri paino-tehosuhte on olennainen.

Moottoripakettiin kuuluu itse sähkömoottorin lisäksi sen virransyöttö- ja ohjausjärjestelmät, jotka on integroitu suoraan moottoriin. Laitteiston muoto ja ilmalla tapahtuva jäähdytys on suunniteltu siten, että sitä voidaan käyttää monissa erilaisissa koneissa ja laitteistolla voidaan myös korvata polttomoottoreita nykyisissä lentokoneissa.

ENGINeUS

Polttomoottoriin verrattuna sähkömoottori on yksinkertainen ja siinä on paljon vähemmän osia. Se on periaatteessa luotettavampi ja vaatii vähemmän huoltoa. Kuva: Safran Electrical & Power

 

Safranin mukaan moottori sopii hyvin ainoaksi moottoriksi pieniin yleisilmailukoneisiin, mutta myös sitä voidaan käyttää suuremmissa ns. hajautetun propulsion lentokoneissa. Euroopassa on useita 19-paikkaisia lentokonehankkeita, joissa on useampi sähkömoottori. 

Ranskalainen Aura Aero on julkistanut käyttävänsä Safranin moottoreita ERA-lähiliikennekoneessaan. Ruotsalainen Heart Aerospace puolestaan ei ole kertonut X1-koekoneessaan käyttämäänsä ja myöhemmässä ES-30-koneessaan olevaa moottoria.

Myös Bye Aerospace, CAE, Electra, TCab Tech ja VoltAero käyttävät koneissaan Safranin uutta moottoria.

ENGINeUS -moottoriperheen myöhemmät versiot voisivat sopia myös tuleviin suurempiin, jopa noin 150-paikkaisiin sähkölentokoneisiin.

Tähän saakka ainoa sähkölentokone markkinoilla on ollut Pipistrel Velis Electro, missä käytetään yhtiön omaa moottoria. Kone ja sen moottori saivat lentokelpoisuustodistuksen toukokuussa 2020. Kävimme koelentämässä koneen vuonna 2021 ja siitä on Tiedetuubissa video.

Siinä missä Velisissä on kaksi paikaa, on eDA40:ssa neljä. Se on Pipistreliin verrattuna suurempi ja pystyy lentämään pitemmälle tai kauemmin. Velis Electron moottoriteho on 57 kW ja eDA40:n ENGINeUS 100 -sähkömoottorin 125 kW. Pipistrelin akkukapasiteetti on 20 kWh, Diamond ei ole ilmoittanut lukua. Kummankin koneen tyypillinen latausaika on noin tunnin.

Pipistrel Velis Electro

Pipistrel Velis Electro latauksessa. Kuva: Jari Mäkinen

Rakettimiehen mullistava kotiakku

Jari Mäkinen

Tämä näyttää suuntaa, joka pelottaa varmasti sähköyhtiöitä: joka kotiin asennettava akku, josta riittää voimaa pitkäksi aikaa ja jota voi ladata vaikkapa aurinkopaneeleilla. 

Kodit eivät olisi enää verkkovirran päässä, vaan ne olisivat vapaita.

Sähköautovalmistaja Tesla ja sen perustaja sekä johtaja Elon Musk julkisivat perjantaina Los Angelesissa Tesla Powerwall -akun, koteihin ja pienyrityksiin tarkoitetun seinään asennettavan litiumioniakun, sekä sen isomman version, Tesla Powerpackin, mikä kykenee säilömään enemmän virtaa. 

Itse autofirma ei kuitenkaan ala valmistaa näitä, vaan niitä varten perustetaan oma yritys: Tesla Energy. Voi olla, että siitä tulee pian emoaan suurempi ja tärkeämpi firma.

Joissain artikkeleissa julkistettujen akkujen on manattu jo olevan ydinvoimaloiden ja muiden suurten, keskitettyjen voimalaitosten lopun alku, mutta tämä on hieman liioittelua. Kyse on kuitenkin merkittävästä askeleesta kohti uudenlaista energia-aikaa. 

Uusiutuvien energialähteiden käytön suurin kompastuskivi tähän mennessä on ollut se, että sähkövirran tallentaminen myöhemmin käytettäväksi on ollut kallista ja hankalaa. Esimerkiksi aurinkopaneelit tuottavat sähköä päivällä, jolloin kulutus kotitalouksissa on vähäisintä. Hyvällä puhurilla tuulivoimaa tulee enemmän kuin olisi tarpeen, mutta tyynellä tuotanto on paljon vähäisempää.

Mikäli tätä vaihtelua voitaisiin tasata mahdollisimman lähellä paikkaa, missä sähköä käytetään – kuten kodeissa – olisi esimerkiksi aurinkovoima huomattavasti houkuttelevampi vaihtoehto. Pulaahan päivänpaisteesta ei ole, ja paneelit tuottavat virtaa myös pilvisinä päivinä, tosin luonnollisesti kirkkaita kesäpäiviä vähemmän.

Kaksi erikokoista seinäakkua

Teslan Powerwall-akkusysteemi perustuu nestejäähdytteiseen, seinään asennettavaan litiumioniakkuun, joita voi käyttää joko yksin tai liittää sarjaan yhdeksän kappaletta. Akun voi kytkeä joko aurinkopaneeleihin, tuulivoimalaan tai muuhun generaattoriin, jolloin se voi toimia itsenäisenä voimajärjestelmänä, tai liittää verkkovirtaan, jolloin se voisi toimia esimerkiksi varmuusjärjestelmänä sähkökatkosten varalta.

Akkuja on kahdentehoisia, 7 kWh:n ja 10 kWh:n versioita. Yhdysvalloissa, missä ne tulevat myyntiin nyt kesällä, hintana on 3000 ja 3500 dollaria.

Kooltaan akut ovat vajaan metrin leveitä ja 1,2 metriä korkeita. Paksuus on noin 18 cm. Massa on noin sata kiloa ja ne voi asentaa niin sisälle kuin uloskin. Yhtiö lupaa laitteelle 93% hyötysuhteen ja antaa sille kymmenen vuoden takuun.

Pienyrityksille ja hieman suurempaan käyttöön tarjottava Powerpack varastoi 100 kWh:n edestä sähköä ja niitäkin voi liittää yhteen. 

Vallankumouksellinen? Kyllä ja ei.

Kuten kuka tahansa kännyköiden ja muiden akkukäyttöisten laitteiden käyttäjä tietää, akkujen teho pienenee ajan myötä ja ne pitää aikanaan vaihtaa. Nykyiset litiumioniakut ovat tässä parempia kuin aiemmat akkutyypit, mutta silti akkutekniikassa on vielä paljon toivomisen varaa.

Aika näyttää, millainen Teslan akkujen luotettavuus, varauskyvyn kehitys pitkällä tähtäimellä ja käyttökustannukset tulevat olemaan, joskin Teslan autonakkujen kokemusten perusteella suurin osa perusongelmista on nyt ratkaistu.

Kyseessä onkin ensimmäinen tämänkaltainen tuote, ja sen seuraavista versioista ja eittämättä mukaan tulevista kilpailijoista tulee luonnollisesti parempia. Nyt tekniikka on kuitenkin sillä tasolla, että kotiakkujärjestelmän tekeminen on kannattavaa ja tarpeeksi kätevää.

Suurin hyöty laitteistoista saadaan Kalifornian kaltaisissa paikoissa, missä päivänpaistetta on paljon ja suurin osa kodeista on erillistaloja. Siellä akun ja aurinkopaneelin avulla kotitalous voisi olla omavarainen. Sen sijaan esimerkiksi Suomessa, missä on talvisin kylmää ja pimeää, ei ilman verkkovirtaa tule vielä toimeen – ainakaan jos lämmityskin toimii sähköllä. Kesämökit ovat toinen asia: jo nykytekniikalla niistä saa sähköisen mukavia ilman verkkovirtaa.

Kun ajatellaan sähkönkäyttöä laajemmin, niin suurin osa virrasta menee muualle kuin koteihin: teollisuus, yritykset, julkiset tilat, liikenne ja niin edelleen käyttävät myös paljon. Niihin ei akuista ole toistaiseksi paljoa apua, vaikkakin esimerkiksi katuvalaistusta voitaisiin jo nyt - myös Suomessa - korvata itsenäisesti sähköä keräävin ja varastoivin lampuin.

Sitä mukaa kun akkutekniikka paranee, muuttuu myös  suurkäytetäyttäjien tilanne; suunta on kaikkialla kohti paikallisempaa sähkön tuotantoa ja varastointia. Päätöstä Suomessakin uudesta ydinvoimalasta kannattaisi tehdä tässä valossa. Teknisesti mikään ei estä jatkamasta sähköntuotantojärjestelmän tekemistä vanhaan, totuttuun tapaan, mutta kun uusi aika ei ole vain ovella, vaan jo täällä, niin kannattaako se?

Tilaa aihepiirin akkutekniikka RSS-syöte