Del Sönkos
Space Cadet
In letzter Zeit wurde in mind. drei verschiedenen Diskussionen (Lilium, Pipstrel Velos Electro und Cessna 208 Elektro) die Möglichkeiten des Elektroantriebs behandelt. Auf Basis meiner Erfahrung mit Business Cases und Flugplanungen habe ich dieses Wochenende eine kleine Machbarkeitsprüfung für folgende drei Fragen gemacht:
Es geht los - dies sind meine Annahmen:
Viele Annahmen sind relativ einfach, da rein subjektiv (wie die betrachteten Stunden oder die durchschnittliche Flugdauer) oder in der Breite frei verfügbar (wie der Strom- oder Kerosinpreis – ich habe übrigens Werte aus den USA genommen, weil da die „Masse“ fliegt).
Andere Variablen wie die Akkudichte, Akkupreis oder die max. Cyclen sind natürlich deutlich unsicherer - unten findet ihr meine Quellen. Ich habe ein recherchiert und bin der Meinung, hier realistische und keine Fantasiewerte angenommen zu haben. Am Ende ist es natürlich eine Balance zwischen Beweis und Annahme.
Nun aber zur ersten Frage: Kriegt man eine C208 mit entsprechenden Annahmen in die Luft?
Kurze Antwort: Ja, aber unter folgenden Rahmenbedingungen:
Es ist realistisch zu behaupten, unter den o.g. Annahmen eine C208 so zu modifizieren, dass man rein elektrisch 9 Personen über 1h inkl. 30 min Reserve transportieren kann. Die knapp 4% Überladung sind wirklich wenig und in der Realität fliegt jede zweite Cessna 172 mit mehr Übergewicht. Ob am Ende des Tages meine Annahmen realistisch sind, weiß ich natürlich sind. Auf jeden Fall halte ich sie nicht für komplett utopisch.
Das führt uns zur 2. Frage: Was für Einschränkungen sind damit verbunden?
Das Flugzeug ist ohne Enteisung ein Schön-Wetter-Flieger und nur noch light-IFR tauglich und ich kann eben max. eine Stunde damit fliegen. Des Weiteren muss ich es dann entweder neu laden oder den Akku wechseln und dafür brauche ich am Airport auch die entsprechende Infrastruktur. Gerade bei Ferry-Flügen kann das ein echtes Problem werden.
Man kann also verkürzt sagen, dass die Elektro-Cessna sich für Strecken für 160 NM/300km, Fallschirmspringer oder für Sightseeing-Flüge eignet. Ein Allwetter-Flieger ist die Elektro-C208 definitiv nicht mehr. Das ist zweifelsohne eine Einschränkung.
Letzte Frage: Lohnt sich der Spaß überhaupt?
Ich komme zu dem Ergebnis, dass der Elektroantrieb günstiger ist als die klassische PT6. Dies liegt zum einen an dem Verbrauch von rund 200l Kerosin/h, der teuren HSI (Hot Section Inspection) und der extrem teuren OH („Grundüberholung) der PT6. Dies sind Punkte, die man schnell übersieht – hinzu kommt die klassische Maintenance, für die ich 50$ je Stunde angesetzt habe. Des Weiteren ist ein PT6 in der Anschaffung auch recht teuer.
Für den Elektroantrieb habe ich deutlich geringere Anschaffungs- und Betriebskosten angekommen, da der Antrieb auch deutlich einfacher im Aufbau ist. Die Preise für die Akkus ergeben sich aus den Basisannahmen. Interessant finde ich, dass die Kosten für neue Akkus geringer sind die Kosten für OH und HSI bei der PT6. Zu solchen Ergebnissen kommt man nur, wenn man das mal sauber gegenüberstellt. Das sind natürlich nur Annahmen, aber gerade die Preise für OH und HSI sind echte Marktpreise.
Fazit:
Ich komme weiter zu dem Schluss, dass man eine C208 grundsätzlich so modifizieren kann, dass man damit 9 Personen elektrisch mit einer Stunde Flugzeit inkl. 30min Reserve transportieren kann und damit günstiger unterwegs ist, als mit der PT6.
Die oben genannte Wirtschaftlichkeit geht von einer durchschnittlichen Flugdauer von 30min aus. Mit jeder Erhöhung der Flugdauer verringern sich pro durchschnittlicher Flugdauer die Zyklen und damit die Kosten für neue Akkus. Des Weiteren wird deutlich, dass es überhaupt nicht „die“ großen Sprünge in der Akkutechnologie bedarf, um starke Verbesserungen im Elektroflug zu erzielen: Selbst eine Erhöhung der Akkukapazität von „nur“ 10% sorgt für eine zusätzliches Payload von fast 170kg! Das sind das fast zwei Personen!
Auf der anderen Seite ist die Elektro-C208 natürlich weniger flexibel und für Strecken >1h aktuell komplett unbrauchbar. Es kommt also darauf an, wie man sie einsetzt. Ein großer Vorteil der Elektro-Cessna ist, dass ich pro Passagier deutlich geringere Kosten habe:
Dies könnte der Hauptvorteil der elektrischen C208 werden:
Man benötigt pro Flug weniger Passagiere, um die gleichen Erlöse zu erzielen. So können sich neue Routen ergeben, die mit der klassischen C208 nicht rentabel wären. Diese Betrachtung ist aber nicht mehr Bestandteil einer Machbarkeitsprüfung.
Meine wichtigsten Quellen für die Akkus:
Akkudichte von 250 Wh/kg: "Limits to Principles of Electric Flight" von Dieter Scholz an der Hamburg University of Applied Sciences
1250 Cycles: "Technology Roadmap Energy Storage for Electric Mobility 2030" des Fraunhofer Instituts
$/kWh: Bloomberg und Electrive
- Ist es realistisch, auf Basis der C208 neun Passagiere eine Stunde inkl. 30min Reserve zu transportieren?
- Wenn ja, mit welchen Einschränkungen?
- Wenn ja, ist es dann auch finanziell attraktiv?
- Und zum Schluss ein kleines Fazit
Es geht los - dies sind meine Annahmen:
Viele Annahmen sind relativ einfach, da rein subjektiv (wie die betrachteten Stunden oder die durchschnittliche Flugdauer) oder in der Breite frei verfügbar (wie der Strom- oder Kerosinpreis – ich habe übrigens Werte aus den USA genommen, weil da die „Masse“ fliegt).
Andere Variablen wie die Akkudichte, Akkupreis oder die max. Cyclen sind natürlich deutlich unsicherer - unten findet ihr meine Quellen. Ich habe ein recherchiert und bin der Meinung, hier realistische und keine Fantasiewerte angenommen zu haben. Am Ende ist es natürlich eine Balance zwischen Beweis und Annahme.
Nun aber zur ersten Frage: Kriegt man eine C208 mit entsprechenden Annahmen in die Luft?
Kurze Antwort: Ja, aber unter folgenden Rahmenbedingungen:
- Ich habe mich beim Leergewicht an Zahlen der AOPA gehalten und beim MTOW das STC mit dem höchsten MTOW von Wipaire genommen. Das ist natürlich ein kleiner Trick, denn das hohe MTOW gibt es nur für C208 mit Floats – aber es zeigt, was die Zelle grundsätzlich tragen kann und wir befinden uns im Rahmen der Plausibilitätsprüfung und daher ist das für mich OK. So ergibt sich die üppige Zuladung von 2.190 kg bei Kerosin für 1h Flugzeit inkl. 30min Reserve!
- Das Elektrische Triebwerk ist ein wenig leichter als die PT6, daher „spart“ man hier knapp 28 kg
- Dann habe ich aus der C208 alles rausgeschmissen, was mit der PT6 usw. in Verbindung steht, also der Alternator, Pumpen, Schläuche usw. – das braucht die Elektroversion nicht
- Jetzt kommt natürlich der riesige Akku hinzu, auf den ich noch einmal einen Puffer von 3% hinzugerechnet habe (quasi das Äquivalent zum unusable-fuel). Ich habe mich hier an den Elektroautos orientiert und finde das auch halbwegs realistisch
- Dann habe ich aus der C208 eine Light-IFR Flieger gemacht, d.h. Radar, TKS, unnötige Instrumente (G1000 ist sehr schwer!) und unnötigen Sitze fliegen raus
- Dann wandern zum Abschluss neun Passagiere und der Piloten mit je 90 kg in die C208. Auch hier habe ich recht üppige Werte mit 90 kg pro Person angenommen
Es ist realistisch zu behaupten, unter den o.g. Annahmen eine C208 so zu modifizieren, dass man rein elektrisch 9 Personen über 1h inkl. 30 min Reserve transportieren kann. Die knapp 4% Überladung sind wirklich wenig und in der Realität fliegt jede zweite Cessna 172 mit mehr Übergewicht. Ob am Ende des Tages meine Annahmen realistisch sind, weiß ich natürlich sind. Auf jeden Fall halte ich sie nicht für komplett utopisch.
Das führt uns zur 2. Frage: Was für Einschränkungen sind damit verbunden?
Das Flugzeug ist ohne Enteisung ein Schön-Wetter-Flieger und nur noch light-IFR tauglich und ich kann eben max. eine Stunde damit fliegen. Des Weiteren muss ich es dann entweder neu laden oder den Akku wechseln und dafür brauche ich am Airport auch die entsprechende Infrastruktur. Gerade bei Ferry-Flügen kann das ein echtes Problem werden.
Man kann also verkürzt sagen, dass die Elektro-Cessna sich für Strecken für 160 NM/300km, Fallschirmspringer oder für Sightseeing-Flüge eignet. Ein Allwetter-Flieger ist die Elektro-C208 definitiv nicht mehr. Das ist zweifelsohne eine Einschränkung.
Letzte Frage: Lohnt sich der Spaß überhaupt?
Ich komme zu dem Ergebnis, dass der Elektroantrieb günstiger ist als die klassische PT6. Dies liegt zum einen an dem Verbrauch von rund 200l Kerosin/h, der teuren HSI (Hot Section Inspection) und der extrem teuren OH („Grundüberholung) der PT6. Dies sind Punkte, die man schnell übersieht – hinzu kommt die klassische Maintenance, für die ich 50$ je Stunde angesetzt habe. Des Weiteren ist ein PT6 in der Anschaffung auch recht teuer.
Für den Elektroantrieb habe ich deutlich geringere Anschaffungs- und Betriebskosten angekommen, da der Antrieb auch deutlich einfacher im Aufbau ist. Die Preise für die Akkus ergeben sich aus den Basisannahmen. Interessant finde ich, dass die Kosten für neue Akkus geringer sind die Kosten für OH und HSI bei der PT6. Zu solchen Ergebnissen kommt man nur, wenn man das mal sauber gegenüberstellt. Das sind natürlich nur Annahmen, aber gerade die Preise für OH und HSI sind echte Marktpreise.
Fazit:
Ich komme weiter zu dem Schluss, dass man eine C208 grundsätzlich so modifizieren kann, dass man damit 9 Personen elektrisch mit einer Stunde Flugzeit inkl. 30min Reserve transportieren kann und damit günstiger unterwegs ist, als mit der PT6.
Die oben genannte Wirtschaftlichkeit geht von einer durchschnittlichen Flugdauer von 30min aus. Mit jeder Erhöhung der Flugdauer verringern sich pro durchschnittlicher Flugdauer die Zyklen und damit die Kosten für neue Akkus. Des Weiteren wird deutlich, dass es überhaupt nicht „die“ großen Sprünge in der Akkutechnologie bedarf, um starke Verbesserungen im Elektroflug zu erzielen: Selbst eine Erhöhung der Akkukapazität von „nur“ 10% sorgt für eine zusätzliches Payload von fast 170kg! Das sind das fast zwei Personen!
Auf der anderen Seite ist die Elektro-C208 natürlich weniger flexibel und für Strecken >1h aktuell komplett unbrauchbar. Es kommt also darauf an, wie man sie einsetzt. Ein großer Vorteil der Elektro-Cessna ist, dass ich pro Passagier deutlich geringere Kosten habe:
Dies könnte der Hauptvorteil der elektrischen C208 werden:
Man benötigt pro Flug weniger Passagiere, um die gleichen Erlöse zu erzielen. So können sich neue Routen ergeben, die mit der klassischen C208 nicht rentabel wären. Diese Betrachtung ist aber nicht mehr Bestandteil einer Machbarkeitsprüfung.
Meine wichtigsten Quellen für die Akkus:
Akkudichte von 250 Wh/kg: "Limits to Principles of Electric Flight" von Dieter Scholz an der Hamburg University of Applied Sciences
1250 Cycles: "Technology Roadmap Energy Storage for Electric Mobility 2030" des Fraunhofer Instituts
$/kWh: Bloomberg und Electrive
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