Machbarkeitsprüfung: Elektroantrieb

[Del Sönkos]

Einen Preis kann ich Dir nicht nennen, billig sind sie sicher nicht, dafür extrem langlebig (>10.000 Zyklen) und mit einem sehr guten Leistungsgewicht, aber niedriger Energiedichte. Das sind übrigends keine Akkus sondern Kondensatoren.

Danke dafür, mit den Infos gehe ich mal auf die Suche.

Wie sieht die Rechnung denn aus, wenn die Maschine nicht mit 140 kg überladen wird und deswegen regelmäßig nur 7 Passagiere mitfliegen können?
140 kg über Limit bei der Landung und das regelmäßig sind m. E. sehr wohl ein Problem.

Kommt!

Ich habe die Basisannahmen ein wenig geändert und rot markiert (ich habe die Akkukosten wg. der mutmaßlich höheren Kosten für die Luftfahrtzulassung um weitere 50% erhöht und die Gewichtseinsparung zugunsten der E-C208 nach Rücksprache mit einem C208-Piloten geändert, weil z.B. auch die Batterie wegfällt).

Was ich interessant finde, ist folgendes:
Rein aerodynamisch (also mit Fokus auf der Stall-Speed) würde die E-C208 das Mehrgewicht der Akkus und die 9 Pax mit ca. 5% Overweight packen. Das kann man recht deutlich sehen und das ist wirklich überraschend - zumindest für mich. Da stecken natürlich Annahmen dahinter und am Wochenende werde ich noch ein wenig bei den Akkus nachschäfen - die werden nochmal ein wenig schwerer.

Jetzt kommt das große ABER:
Das Ramp-Weight der C208 liegt bei rund 3.986 kg und somit muss die E-C208 rund 190 kg Payload bzw. zwei Pax am Boden lassen. Ignoriert man mal die 30 kg Überladung, könnte die E-C208 "nur" noch 6 Passagiere transportieren - statt der möglichen 8.

Das bedeutet: Ab dem 10. PAX in der klassischen C208 ist man pro Kopf günstiger als in der E-C208.



Ich bleibe aber dabei, dass man die Auflastung des Ramp-Weights mit einer "humanen" Verstärkung im Fahrwerk hinkriegt.
Bisher war das eben kein Requirement, denn die klassische C208 wird eben im Flug leichter.

Ich werde über das Wochenende den BC weiter konkretisieren, besonderer Fokus gilt dabei den Akkus.
Des Weiteren werde ich versuchen, den BC auch für Deutschland zu berechnen. Kennt jemand den ungefähren Preis für Kerosin, welche die Airlines zahlen? Also ohne Kerosinsteuer usw. - wenn ich Kerosin tanke, muss ich immer die volle Flöte zahlen - für den BC brauche ich aber die Zahl, die eine Airline zahlen würde...

 

[Intrepid]

Kennt jemand den ungefähren Preis für Kerosin, welche die Airlines zahlen? Also ohne Kerosinsteuer usw. - wenn ich Kerosin tanke, muss ich immer die volle Flöte zahlen - für den BC brauche ich aber die Zahl, die eine Airline zahlen würde ...

Aktuelle Zahlen kenne ich nicht. Ich weiß nur, dass das sehr unterschiedlich sein kann. Am Startflugplatz 50 Cent und am Zielflugplatz 99 Cent zum Beispiel. Und wer unter 1000 Liter tankt, zahlt 50,- Euro Mindermengenzuschlag. Nur so mal aus der Erinnerung von vor 10 Jahren als Beispiel.

Wir bekamen regelmäßig eine Liste ins Flugzeug, wo die Preise an allen Flugplätzen notiert waren, für die wir Tankkarten an Bord hatten. Danach konnten wir dann rechnen, ob sich das Durchtanken lohnt.

 

[bodo]

Spannend wird es am Ende sein, wie die Akkus von den Passagieren getrennt sein müssen. Früher liefen die Treibstoffleitungen in den GA-Flugzeugen quasi direkt durch die Kabine, das wurde ja verboten. Es wird bei den Akkus sicher eine Forderungen geben, dass die Akkus von den Passagiere getrennt sein müssen. Auch hier hat die C208 durch die riesige Tür einen Vorteil: Zumindest kommt im Notfall schnell Frischluft in die Kabine

Da würde sich für die Caravan dann doch das Cargo-Pod anbieten, das würde dann ja auch einen schnellen Austausch der Akkus ermöglichen. Für Gepäck der Passagiere ist ja dann genügend Platz im Rumpf.

 

[Ta152]

< snip >

Hast Du geprüft, ob der Akku die benötigte Spitzenleistung zur Verfügung stellen kann? Ich kenne mich mit Elektroflug nicht so aus, aber in einem der von Dir angesprochenen anderen Themen gab es mal irgendwo den Einwand, daß Akkus hoher Energiedichte oft nicht so gut bei den Spitzenleistungen wären (wenn ich das richtig erinnere).
< snip >

Das wird aber mit steigender Gesamtkapazität (und damit Zellen) immer weniger ein Problem. Wenn Tesla aus 100kWh Akkupacks (kurzzeitig) 449 kW Leistung abrufen kann werden 300 kW bei einem 450 kWh Akkupack kein Problem sein.

Mit kleinen Hochleistungsbatterien speziell für den Start schieß man sich daher eher ins Knie.

es wäre denkbar für den Start Supercaps zu benutzen, diese können kurzzeitig sehr hohe Leistungen abgeben und werden in einigen Hybrid Stadtbussen verwendet (und bei einem Mazda Hybridauto).

Die sind so viel deutlich schwerer das sich das nur für extrem kurze Lastspitzen lohnt, selbst in der Formel 1 setzt man auf Akkus.

Die offene Frage ist, was so ein Luftfahrtakku kosten würde, aufgrund der sehr hohen Dauerleistung, hohen Kapazitätsausnutzung und schnellen Wechsel von Be- und Endladen ist die thermische Beanspruchung deutlich höher als bei PKW. Bei leistungsfähigen E-Autos, schafft man es so grade den Akku während einer zügigen Autobahnfahrt ausreichend herunterzukühlen für die nächste Schnellladung. Bei 30 min Enladen/Beladen wird die Kühlung eine Herausforderung und ergibt möglicherweise zusätzliches Gewicht. Die Brandgefahr muss gegenüber Automobilanwendungen trotz höherer Belastung minimiert werden, ich denke daher nicht, dass man die Kosten eines Automobilakkus einfach so in die Luftfahrt übertragen kann, das geht mit anderen Technologien auch nicht.

Kühlung wird vermutlich mehr ein Thema als bei Autos (wo man eher heizen muß). Der durchschnittliche Auslastungsgrad eines PKW Motors ist ja im normalen Straßenverkehr extrem niedrig. Andersherum hat man bei einem Flugzeug ja gerade am ende des Fluges (Sinkflug) die niedrigste Belastung. Theoretisch könnte man da sogar Rekuperieren und schon mal die ersten paar kwH laden.

 

[innwolf]

Theoretisch könnte man da sogar Rekuperieren und schon mal die ersten paar kwH laden.

Das werden dann allerdings Sarajewo-Anflüge. Effektiver dürften lange Energieoptimierte Endanflüge sein. Flugerprobung könnte Daten liefern feathern und Motor aus oder größte Steigung mit minimalstem Drehmoment vom Prop auf den Motor.

Ohn Verstellprop gilt meist Motor steht gleich weniger Widerstand als Leelaufdrehzahl!

 

[Doppelnik]

Die sind so viel deutlich schwerer das sich das nur für extrem kurze Lastspitzen lohnt, selbst in der Formel 1 setzt man auf Akkus.

Supercaps sind was die Energiedichte angeht deutlich schwerer, aber nicht was das Leistungsgewicht angeht (geht bei Kondensatoren beinahe gegen unendlich, da der Innenwiderstand sehr gering ist). In der Formel 1 wird das verbaut, was man einsetzen darf und das ist sehr eng limitiert. Andere Energiespeicher als Akkus sind m.W. verboten, Williams hatte schon vielversprechende Ergebnisse mit einem Schwungradspeicher, der durfte dann aber nicht benutzt werden.

 

[Ta152]

Supercaps sind was die Energiedichte angeht deutlich schwerer, aber nicht was das Leistungsgewicht angeht (geht bei Kondensatoren beinahe gegen unendlich, da der Innenwiderstand sehr gering ist).

Ja, aber bei einem Flugzeug braucht man die Leistung eben nicht. Startleistung und Reiseflugleistung liegen relativ nahe beieinander. Dazu eine große Akkukapazität die zwangsweise zu einen hohen Entnehmbaren Strom führt.

In der Formel 1 wird das verbaut, was man einsetzen darf und das ist sehr eng limitiert. Andere Energiespeicher als Akkus sind m.W. verboten, Williams hatte schon vielversprechende Ergebnisse mit einem Schwungradspeicher, der durfte dann aber nicht benutzt werden.

Meines wissesn war bei den frühen Hybridsystemen (KERS) die Technologie nicht vorgeschrieben und ich meine es hätte damals auch Mechanische Systeme gegeben.

---
Hier übrigens Ladekurven zu diversen Elektroautos:
Ladekurven - Elektroauto Forum
Das zeigt das Problem wenn man viele Flüge schnell hintereinander machen will. Mann kann Akkus heute sehr schnell Laden, aber eben nur innerhalb gewisser Fenster. Ein komplettes laden auf 100% dauert unverhältnissmäßig viel länger.

 

[Stovebolt]

Bis 80% bekommt man Akkus recht schnell aufgeladen. Will man den Leuten nun kurze Ladezeiten verkaufen, dann muss man 125% Akkukappa mitschleppen, um den Leuten die 80% als 100% zu verkaufen.
Gruß!

 

[innwolf]

Hallo,
40l/min aus der Zapfsäule sind etwa 100kWh/min ( bei 25% Motorwirkungsgrad ) oder 6 MW "Ladeleistung"!

 

[Del Sönkos]

Guten Abend zusammen,

ich habe noch einmal die Bleistifte gespitzt und die Zahlen aktualisiert. Die Änderungen zur letzten Version sind rot markiert:

• Ich habe pok und Philipus II und versprochen, das Modell auf 7 Pax und auf Deutschland zu erweitern. Für den Liter Kerosin habe ich den Preis aus Leer-Papenburg (dort ist Tanken immer recht günstig) von 1.69 €/l genommen, die 19% Mehrwertsteuer und Kerosinsteuer rausgerechnet und den Preis tagesaktuell in $ umgerechnet – eine bessere Methode ist mir nicht eingefallen
• Für den Preis Strompreis habe ich den durchschnittlichen Industriestrompreis von 0,1855€/kWh aus 2020 ebenfalls tagesaktuell in $ umgerechnet. Ich habe mit Absicht nicht den Strompreis für Privatanwender genommen, weil ich davon ausgehe, dass elektrische Flugzeuge gefördert werden und nicht die EEG-Umlagen zahlen müssten (analog zur Befreiung der Kerosinsteuer)
• Wirklich „gute“ Nachrichten gibt es beim Maximum Landing-Weight: Durch drei STCs (FAA STC SA00392SE, FAA STC SA01213SE und FAA STC SA01805SE) erhöht sich dies auf satte 4.110kg bzw. um 124 kg (!!!), wobei dabei das Leergewicht nur um lächerliche 3 kg erhöht wird. Dies erfolgt mit minimalen Bordmitteln, wie ich bereits schon vermutet habe (eine kleine Auftriebshilfen, größere Reifen mit einer stabileren Achse und einen kleinen Grenzschichtzaun an der Flügelvorderkante – that´s it!)
• Der Cargo-Pod für die C208 wiegt 96 kg. Dort landen die Akkus, die nicht mehr in Tragfläche passen. Damit stellt man sicher, dass die Akkus von den Passagieren getrennt sind.

Die Eckdaten der Akkus habe ich erstmal unverändert gelassen und warte hier noch ein wenig die weitere Diskussion hierzu ab und lese mich selbst noch ein wenig ein.
Dies bedeutet aber, dass die E-208 unter den o.g. Annahmen in der Lage wäre, rund 7 Personen inkl. 30min Reserve rund 1 Stunde lang zu transportieren – ohne das Maximum Landing-Weight zu überschreiten!



Mein aktuelles Zwischenfazit zur technischen Umsetzbarkeit:

• Die Kombination aus 7 Paxen und 1h Flugzeit inkl. 30min Reserve halte ich mittlerweile für recht realistisch und realtiv schnell umsetzbar
• Die Kombination aus 8 Paxen und der o.g. Flugzeit würde das Landing-Weight um 86kg erhöhen - das kriegt man vielleicht noch "irgendwie" hin, allerdings muss man dann schon tiefer in die Trickkiste greifen - z.B. nur noch Aspahltpisten zulassen oder eben nur noch in Unterwäsche fliegen .
• Die Kombination aus 9 Paxen und der o.g. Flugzeit würde das Landing-Weight um 176kg überschreiten - da wird es dann wirklich eng, weil die o.g. STCs wohl das Ende der Fahnenstange sind. Dafür benötigt man dann eben Akkus mit einer höheren Energiedichte.
  ABER es würde hier schon helfen, wenn die zukünftigen Akkus eine um "nur" 11% höhere Leistungsdichte (276 Wh/kg) hätten - das klingt nun auch nicht komplett unrealistisch und es zeigt, dass eine stetige Entwicklung ausreicht und es eben nicht "die" Revolution benötigt, um die angestrebten Ziele (und nur darum geht es in dieser Betrachtung) zu erreichen

Die wirtschaftliche Betrachtung:

• Die gesamte wirtschaftliche Betrachtung basiert auf der Annahme, dass ein Flug im Schnitt nur 30min dauert bzw. dann neu geladen werden muss. Dies bedeutet im Umkehrschluss, dass wenn die Ladeintervalle gestreckt werden können, sich die Wirtschaftlichkeit weiter zu Gunsten der E-208 verschiebt, weil die Batterien dann länger halten und nicht so oft ausgetauscht werden müssen. Ich werde versuchen, dies in einer weiteren Grafik deutlich zu machen
• Weiterhin wird deutlich, dass es keine allzu großen Unterschiede auf die Wirtschaftlichkeit macht, ob man in den USA oder in Deutschland fliegt. In Deutschland sind die Energiekosten insg. höher, d.h. die relativen Unterschiede sind gering:
  Um mit der Kerosin-Caravan günstiger zu fliegen als eine E-208 mit 7 Pax, muss die Kerosin-Carvan in den USA mit 11 Pax fliegen und in Deutschland mit 13 Pax. Man beachte, dass es einige C208 gibt, welche mit nur mit 9 Sitzen fliegen und damit auf Kurzstrecke nicht mal theoretisch günstiger fliegen können als eine E-208. Man kann so deutlich ablesen, dass die E-208 auf kurzen Strecken günstiger fliegt - dies kann überall auf der Welt dazu führen, dass neue Strecken erschlossen werden und ein expandierender Markt ist besser als ein Verdrängungsmarkt.

Weitere offene Punkte:

• Nicht im Modell ist enhalten, dass die E-208 zwar günstiger in der Luft ist, aber dafür länger "getankt" werden muss und so ggf. weniger Stunden pro Tag fliegen kann. Wenn also eine C208 pro Tag sehr viele Stunden fliegt, kann dies bedeuten, dass die E-208 dann doch nicht in der Summe günstiger ist
• In meinen Annahmen fliegt die E-208 ohne Enteisungssysteme, d.h. die E-208 kann nicht so flexibel fliegen. Bei Cargo-Flügen ist das ein Nachteil, beim Abwerfen von Fallschirmspringern ist das ehr sekündär

 

[Intrepid]

In meinen Annahmen fliegt die E-208 ohne Enteisungssysteme, d.h. die E-208 kann nicht so flexibel fliegen. Bei Cargo-Flügen ist das ein Nachteil, beim Abwerfen von Fallschirmspringern ist das ehr sekündär

Wie lange braucht die E-208, um auf FL 140 zu kommen? Und rekuperiert sie im Sinkflug?

Und wenn sie 7 Passagiere schleppt, muss man sie dann nicht mit einem kleineren Verbrenner-Flugzeug vergleichen? Mit einer Verbrenner-206 beispielsweise?

E-Flugzeuge sind halt tendenziell größer als Verbrenner-Flugzeuge mit gleichem Nutzlastspektrum bei gringerem Einsatzspektrum. Aber ihre Fixkosten sind höher (Anschaffung Zelle, Unterstellung Hanger; bei Landegebühren gibt es wahrscheinlich über viele Jahre einen Bonus, bis nicht mehr genug Verbrenner-Flugzeuge betrieben werden, um die Mindereinnahmen für die Flugplätze auszugleichen).

 

[innwolf]

Hallo,
FL140 entspricht energetisch etwa Steigflugzeit PLUS 4500m x Gleitzahl = ca. 60km Flugstrecke + 60km Steigenergie = 120km Flugstrecke entsprechend.

 

[cool]

Und rekuperiert sie im Sinkflug?

Muss sie das den? Ich denke im Gegensatz zum Auto ist das nicht notwendig, weil ein Flugzeug ja im übertragenen Sinne über einen Abbau der potenziellen Energie "rekuperiert".
Schön wäre natürlich, wenn man (wie bei einem Retarder beim LKW) über den Prop etwas Widerstand hinzu fügen kann und der wird dann rekuperiert. Man müsste auch mal ausrechnen, ob es nciht besser ist, den Prop im Sinkflug stehen zu lassen (feathern). Bei einem E-Motor ist die Gefahr ja gering, dass der nicht mehr "Anspringt", man braucht auch keinen warmen Motor um volllast abzurufen.
Wenn ich das nicht ganz falsch in Erinnerung habe, dann bietet ein stehender Prop weniger Widerstand als ein "lose mitdrehender". Ich kenne das nun nicht vom Flugzeug aber von Windanlagen (und da auch nur, weil man das im Studium mal durchrechnen musste).

Interessante Überlegung im Allgemeinen. Bzgl. des Flugverlaufs und der Energie"menge" die genutzt wird, macht es vielleicht Sinn, mal einen richtigen Verlauf nachzubilden bzw. zu simulieren. Zumindest komplett. Und dann auch mal erfassen, wieviel Energie für Nebengeräte usw. drauf geht, also Instrumente, Beleuchtung, ect.
Das wird ja im Normalfall immer "mitversorgt".

 

[Intrepid]

Muss sie das den?

Ich weiß, dass das e.SAT aus Aachen später mal rekupieren soll. Das verkürzt die Ladezeit vor dem nächsten Start. Die planen allerdings mit FL 100 als übliche Reiseflughöhe (und flüssige zunächst fossile oder später aus H² gewonnene Treibstoffe für den Reiseflug).

Und für eine Absetzmaschine ist es definitiv angesagt. Die weiß ja eigentlich nicht, wohin in der kurzen Zeit bis zur Landung mit der vielen Energie in Form von Flughöhe. Wenn man die dann während des steilen Sinkfluges in den Akkus sammeln kann, wäre das ein gravierender Vorteil gegenüber jedem Verbrenner.

Für einen Wattenmeer-Inselhüper mit einer Reiseflughöhe von 500 ft GND hat Rekupieren vermutlich keine Bedeutung.

 

[Rhönlerche]

Dafür bräuchte man wohl neuartige, vermutlich sehr große und anders geformte, Verstellpropeller, die man auf "Windturbinenmodus" umstellen kann.
Vielleicht wäre stattdessen eine möglichst saubere Segelstellung des Propellers besser und einfacher, so dass man am Ziel einfach einen möglichst langen Gleitflug hinlegt? Da kann doch sowieso keine lange Ladezeit rauskommen? Vielleicht 10 Minuten oder 15?

 

[Intrepid]

Dafür bräuchte man wohl neuartige, vermutlich sehr große und anders geformte, Verstellpropeller, die man auf "Windturbinenmodus" umstellen kann.

Propellerforschung ist ein wesentlicher Baustein der E-Flugzeug-Forschung.