Infrastrukturmodellering för storskalig introduktion av elflyg och flygtrafikledning (MODELflyg)

• En generisk, flexibel simuleringsmodell utvecklas med syftet att kunna bidra till förståelse samt ge möjligheter att enkelt testa vad elektrifiering (batterielektriskt) av önskade flygtrafikflöden kan förväntas innebära i form av krav på laddinfrastruktur vid flygplatserna. Modellen utvecklas i programspråket Python och innehåller ett flertal olika tillvägagångsätt för att testa elektrifiering såväl baserat på inläsning av historiska flygtrafikdata, som skapande av nya, icke-existerande flygtrafikscheman för elflyg. Eftersom det i dagsläget inte finns några elflygplan i kommersiell linjetrafik, och således inte heller någon data eller statistik gällande dess prestanda eller egenskaper, så utvecklas en modell även för detta, vilken tillåter simulering av önskade flygförbindelser, och resulterar i erhållande av energiförbrukning och flygtid på dessa. Projektet utgår ifrån en elflygplansmodell som är parametersatt i enlighet med certifieringsnivå CS/FAR-23 (19 säten och maxvikt 8618 kg). Logiken i modellen är att följa den fullständiga rörelsekedjan för varje flygplansindivid under en given tidsperiod (typiskt ett dygn), där behovet av laddning för respektive flygplan på respektive flygplats i kedjan ges av vilken energinivå batteriet höll vid påbörjad flygning, hur mycket energi som förbrukades under flygningen, när flygplanet anländer till destination, samt när det behöver påbörja nästa flygning. Även in- och uttaxning på flygplatserna påverkar hur mycket tid som finns tillgänglig för laddning. En inbyggd laddningskurva begränsar hur snabbt det är praktiskt lämpligt för batteriet att laddas. Laddningskurvan definieras genom ett förhållande mellan C-rate (Charging-rate) och SoC (State-of-Charge). Dessutom kan laddare i sig begränsas till en viss maxeffekt och styr således hur snabbt energi kan levereras till flygplanets batterier. För att möjliggöra tillräcklig räckvidd förväntas elflygplanen ha relativt stora batterier som dessutom sannolikt ska laddas upp inom korta tidsintervall på flygplatserna (turnaround-tider). Därmed kan behovet av installerad effektkapacitet förväntas öka drastiskt på flygplatserna om flera elflygplan behöver ladda samtidigt. Projektet lägger därför lite extra vikt vid att utveckla smarta algoritmer för styrning av effektuttag över tid med ambitionen att lastbalansera och sänka effekttoppar vid simultan laddning. Till sist diskuterar projektet vilka implikationer elflyg kan medföra ur perspektivet flygtrafikledning, befintliga och framtida luftrumsstrukturer. Ett flertal fallstudier genomförs för att exemplifiera modelleringsprocessen och de resultat som användaren slutligen får. Projektet syftar inte till att skapa något färdigt kommersiellt verktyg, utan snarare en första version, samt lägga grunden för vidareutveckling av ett analysverktyg som är till nytta för flygplatser och andra aktörer inom flygbranschen nu, och i framtida forskning- och utvecklingssamarbeten.

• A generic, flexible simulation model is developed with the aim of increasing our understanding as well as provide opportunities to easily test what the requirements for charging infrastructure at airports could become when transitioning to battery electric aviation. The model is developed in the programming language Python and contains several different approaches for testing electrification based on historical air traffic data, as well as the creation of new, non-existent air traffic schedules for electric aviation. Since there are currently no electric aircraft in commercial scheduled traffic, and thus no data or statistics regarding its performance or properties, a model is also developed for this, which allows simulation of desired flight connections, resulting in estimates for energy consumption and flight duration. The project is based on an electric aircraft model that is parameterized in accordance with certification level CS/FAR-23 (19 seats and maximum weight 8618 kg). The logic of the model is to follow the complete chain of movements for each aircraft individual during a given period (typically one day), where charging required for each aircraft at each airport in the chain is given by what energy level the battery held at the start of flight, how much energy was consumed during the flight, time of arrival at destination, and when the next departure is due. Taxi-in and taxi-out at the airports also affect how much time is available for charging. A built-in charge curve limits how fast it is practically convenient for the aircraft’s batteries to charge, which is defined as the ratio between C-rate (Charging-rate) and SoC (State-of-Charge). In addition, the charger itself can be limited to a certain maximum power and thus controls how fast energy can be delivered to the aircraft's batteries. To enable sufficient range, the electric aircrafts are expected to have relatively large batteries that are also likely to be charged within short time intervals at the airports (turnaround-times). Thus, the need to install power capacity may be expected to increase drastically at the airports if several aircraft’s need to charge simultaneously. The project therefore places extra emphasis on developing smart algorithms for controlling charger power output over time with the ambition to balance the load and lower power peaks at the airports. Finally, the project discusses what implications electric aviation can have from the perspective of air traffic control, existing and future airspace structures. Further, several case studies are conducted to exemplify the modeling process and the result that the user ultimately gets. The project does not aim to create a commercial tool, but rather a first version, and create the basis for further development of an analysis tool that is useful for airports and other stakeholders in the aviation industry now, and in future research and development collaborations.

Ämnesord

TEKNIK OCH TEKNOLOGIER  -- Samhällsbyggnadsteknik -- Transportteknik och logistik (hsv//swe)

ENGINEERING AND TECHNOLOGY  -- Civil Engineering -- Transport Systems and Logistics (hsv//eng)

Publikations- och innehållstyp

vet (ämneskategori)

rap (ämneskategori)