Мнение: подрывают ли eVTOL ценность традиционных воздушных судов?

Уолл-стрит делает большие ставки на рынок eVTOL, а компания SNS Insider полагает, что рынок, оцениваемый в $870 млн в 2020 году, вырастет до $22,71 млрд к 2030 году. Aviation Week задается вопросом: по мере того, как эта революционная отрасль развивается, столкнутся ли владельцы традиционных воздушных судов с турбинными двигателями с падением стоимости из-за этого?

Мощность – это стоимость

Если предположить, что сегмент eVTOL преодолеет проблемы, с которыми он сталкивается в отношении коммерческой жизнеспособности и сертификации, наиболее серьезной угрозой традиционным воздушным судам станет способность электрификации снизить общую стоимость приобретения и эксплуатации летательных аппаратов.

Самолеты и вертолеты рассчитаны на длительный срок службы, и значительная часть затрат, особенно с возрастом, составляет стоимость двигателей. Срок службы бизнес-джетов и вертолетов может достигать 30 и более лет. Например, множество самолетов Gulfstream IV конца 1980-х годов еще можно арендовать. Коммерческий двигатель Rolls Royce RB211-535E4 проработал более 40000 часов. 

«Расчетный срок службы некоторых двигателей может достигать 50 лет», - говорит Дэвид Крик, управляющий директор DavAir Group, сервиса оценки воздушных судов. «Сегодня мы видим аккумуляторы для дронов, которые до замены могут прослужить всего пять лет и проработать несколько сотен часов в год».

Чтобы eVTOL создавали какую-либо конкурентную угрозу для газовых турбин, замена батарей должна быть недорогой. Инвесторам в турбинные воздушные суда стоит обратить внимание на понимание того, когда конкурентная угроза может повлиять на стоимость их 30-летних активов.

Срок службы батареи

Как и у газотурбинных двигателей, циклы являются важнейшим фактором срока службы аккумуляторов. Аккумуляторы очень чувствительны к циклам, деградации во времени, температуре, скорости зарядки и разрядки и многому другому.

Генеральный директор Joby Aviation заявил, что его Joby S4 сможет выполнить не менее 10000 полетных циклов и что стоимость замены батарей будет «практически незначительной». Венкат Вишванатан, доцент кафедры машиностроения Университета Карнеги-Меллон счел утверждение о 10000 циклов полета правдоподобным. «Сегодняшние аккумуляторы могут работать от 1000 до 2000 циклов при полной зарядке», - сказал он. «По сути, 10000 полетных циклов просто означают где-то от 1500 до 2000 циклов работы аккумуляторной батареи, что, безусловно, выполнимо при сегодняшних аккумуляторных технологиях».

Хотя такое количество циклов может быть достижимо в идеальных условиях, существует множество других проблем, которые могут помешать достижению этой цели. Joby утверждает, что батареи будут быстро перезаряжаться во время высадки пассажиров с использованием аналогичной технологии, разработанной автомобильной промышленностью.

Дэвид Минделл, профессор аэрокосмической техники Массачусетского технологического института, пишет: «Для аккумуляторов глубина разряда обратно пропорциональна сроку службы батареи. То есть аккумулятор, регулярно разряжаемый до 10%, не прослужит так долго, как аккумулятор, разряжаемый до 20%».

Часто быстро заряжаемая и быстро разряжаемая батарея при вертикальном взлете может иметь гораздо меньший срок службы, что со временем приведет к большему количеству замен батарей, чем ожидалось. Вертикальный взлет, посадка и быстрая зарядка — худшие комбинации для длительного срока службы батареи, не говоря уже о различиях в технике пилотирования.

«Беспилотный полет необходим для eVTOL, чтобы обеспечить необходимые эксплуатационные затраты для широкого внедрения», - говорит Кевин Антклифф, руководитель отдела продуктов Xwing и бывший исследователь NASA. «Эти технологии также имеют решающее значение для поддержания оптимальной скорости разряда, увеличения срока службы батареи и сводя к минимуму необходимость частой и дорогостоящей замены батарей».

Сегодня авиационный двигатель теоретически может работать 50000 циклов и более. Эти батареи должны быть достаточно недорогими в течение всего срока службы, чтобы быть «незначительными» по сравнению со стоимостью газотурбинного двигателя и затратами на его капитальный ремонт.

Какую цену должны иметь батареи?

Сравнение затрат – это довольно запутанно.

Сегодня средняя стоимость батареи за киловатт-час в автомобильной промышленности составляет $132, но авиационные батареи должны проходить более дорогостоящие процессы сертификации. Некоторые аналитики утверждают, что такие аккумуляторы могут стоить в пять раз дороже, чем автомобильные. Ожидаемая емкость аккумулятора Joby составляет 125 кВтч, что может стоить $16500, если применить средние затраты в автомобильной промышленности, или до $82500, если использовать предположение о пятикратной стоимости.

Двигатель Safran Arrius 2R, которым оснащен пятиместный Bell 505, может стоить около $750000 за новый, исходя из аналогичных вариантов, выставленных на продажу. При условии капитального ремонта двигателя в течение всего срока службы капитальные вложения в вертолет сопоставимого размера с eVTOL могут достичь $1,5 млн, что эквивалентно замене от 18 до 90 аккумуляторов. Капитальные затраты намного больше, чем у газотурбинного двигателя, если оператору ежегодно требуется новая батарея по цене $82500 за каждую.

Эксплуатационные расходы становятся еще более сложными. Плотность энергии Jet-A в 40 раз выше, чем у литий-ионных батарей, но большая часть этой энергии расходуется в виде тепла. Тем не менее, топливо в 6-8 раз плотнее, чем современные батареи. Хотя сегодня зарядка электрической батареи может стоить $0,25 за кВтч (в среднем у автомобилей), транспортные расходы на милю могут быть не такими низкими, как кажутся на первый взгляд.

По словам доктора физических наук Фреда Шлахтера, «для батарей не существует закона Мура». Быстрое развитие производства чипов, которое привело к существенным технологическим прорывам, является вопросом физики: в чипах используются электроны, а в батареях — ионы, размер которых как минимум в 100 млн раз больше. Без значительного прорыва в науке о батареях их состояние будет улучшаться постепенно, а не стремительно.

Несмотря на энтузиазм рынка по поводу электрификации, у владельцев традиционных воздушных судов, вероятно, будет десятилетие или больше, прежде чем им придется беспокоиться об обесценивании из-за них самолетов и вертолетов с газотурбинными двигателями.

Когда Дэвида Крика спросили, есть ли у него какие-либо опасения по поводу того, что eVTOL повлияет на стоимость самолетов в ближайшее время, он решительно ответил «Нет».