电动垂直起降(eVTOL)飞机可以快速将乘客运送到山上或漂浮在城市景观中。但首先，这些飞行电池的一个重要考虑因素是它们将在哪里充电以及现有的电网基础设施是否能够满足这种需求。

美国国家可再生能源实验室(NREL)为美国联邦航空管理局(FAA)分析了这一问题，以帮助该机构围绕eVTOL业务可能的增长及其对电网的影响进行规划。NREL为FAA提供的调查结果现已发布在联邦航空管理局Vertiport电气基础设施研究中。

由18人组成的NREL团队通过调查飞机制造商和潜在的垂直起降场址、分析现实的服务路线以及研究使eVTOL成为可能的基础设施投资来完成这项研究。作者利用几个公开可用的NREL工具，评估了在不同地点开发电气化垂直机场基础设施的充电需求、成本、排放、危险、法规和技术要求。

NREL研究员巴拉特·索兰基(BharatSolanki)表示：“我们发现潜在的电动垂直起降充电需求可能会极大地影响电网基础设施和运行参数。”“我们已经证明，需求消耗的显着增加可以通过现场发电和存储解决方案进行优化，使用微电网来提高可操作性和集成度。

电动飞机在哪里充电?

看起来任何50平方英尺的表面都可以用作垂直起降场，但电力和空域要求设置了严格的限制。通过与飞机制造商交谈，研究团队确定，为了实现持续运行，平均一个垂直起降场需要1兆瓦或更大的充电容量。这些电量可以为大约800个家庭提供电力，这个数量通常需要大规模的电网升级和多年的规划。NREL团队试图澄清eVTOL充电站准备工作的范围。

索兰基说：“我们研究了电动垂直起降垂直起落场难题的三个相互关联的部分：评估飞行需求、估计充电需求以及确定满足这一需求的电网能力。”

首先，研究人员与多个机场合作，确定了举办eVTOL运营的可行地点，包括大型直升机场、通用航空基地、商业机场和酒店赌场综合体。研究人员确定了这些站点之间的潜在路线并模拟操作用例来估计eVTOL充电需求。他们的结论是，所有站点都需要更新当地的电力基础设施。

为了分析基础设施更新，研究人员使用NREL的SMART-DS工具模拟每个站点的周围电网，然后使用NREL的配电集成解决方案成本选项(DISCO)软件分析每个站点对电网基础设施的影响，然后使用NREL的REopt工具来确定可再生资源的最佳组合为这些新的着陆点提供动力。

给飞机充电需要什么

公用事业公司需要尽早参与规划，因为垂直起降场不是日常负载。在大多数情况下，它们将使现场需求增加六到七倍，公用事业公司需要升级变压器、线路、电压调节器、保护设备，可能还需要升级电费和需求费用。早期，公用事业公司还需要对车辆的充电时间表有一个合理的了解，以了解其每日负载。

然而，作者还指出了减轻对电网基础设施影响和提高经济效益的选择。垂直起落机场可以位于更靠近现有负载的位置，其中增加的充电量占总需求的比例较低，并且垂直起落机场可以通过能源存储和发电，特别是分布式可再生能源的支持，这可以减少排放并利用低需求时期。此外，研究发现垂直起降机场可以增加就业机会并增加国家的国内生产总值。

尽管垂直起落机场的电网升级可能需要几年时间，但NREL已发布工具供公用事业公司开始规划。NREL的免费电动汽车基础设施能源估算和站点优化(EVIEnSite)工具可以帮助公用事业公司设计最佳站点配置、对充电曲线进行建模并详细模拟充电策略。航空专用基础设施工具即将推出，但尚未可供公众使用。REopt工具还可免费用于选择可再生能源的最佳组合。

除了基础设施投资之外，该研究还提出了另一个重要考虑因素：高功率设备周围很常见，特别是在机场等动态环境中。人为错误、技术故障、典型天气模式以及自然灾害都会影响安全eVTOL操作的规划和标准化。NREL报告《电动飞机充电基础设施潜在危险概述》(其中包括电池化学挥发性和人员培训等主题)以及NREL报告《解决电动航空基础设施网络安全实施》(讨论了网络安全危险)对这些危险进行了审查和讨论。

该报告为负责监管新兴电动垂直起降行业的美国联邦航空局总结了与电动垂直起降机场相关的主要问题。NREL继续与FAA合作，为氢动力基础设施领域做好准备，减少能源需求并提高FAA设施的弹性。