Tilbake til søkeresultatene

STIPINST-Stipendiatstillinger i instituttsektoren

Stipendiatstillinger til IFE (2016-2019)(2021-2024)

Tildelt: kr 7,0 mill.

Passasjerfly drives i dag nesten utelukkende av fossil energi. Bransjen står for om lag 3 % av klodens CO2-utslipp. Med den forventede veksten i antall flyreiser de neste tiårene, spås det at utslippene vil bortimot dobles frem mot år 2050 dersom man ikke i vesentlig grad beveger seg vekk fra fossile energikilder. En tilrettelegging for klimanøytral luftfart kan skje gjennom elektrifisering av passasjerflyflåten. Forutsatt at den elektriske energien stammer fra fornybare energikilder, så vil flyene i praksis bli utslippsfrie. Selv om det allerede eksisterer en del elektriske fly som er egnet til å frakte noen få passasjerer over mindre avstander, er det en forholdsvis lang vei frem til en storskala elektrifisering av flyflåten. En av de store utfordringene er vekt. Hvis energien skal lagres på batterier så blir systemene for tunge til at de kan brukes til transport av mange titalls passasjerer over lengre distanser. Et alternativ til batterier er å lagre energien i form av flytende hydrogen. Da vil vekten av energilageret reduseres betraktelig ? faktisk har 1 kg flytende hydrogen har samme energiinnhold som mer enn 100 kg batterier. Det må innskytes at dette er en ubalansert sammenligning, siden energien i batteriet er direkte tilgjengelig som elektrisitet mens det kreves en brenselscelle for å konvertere energien i hydrogenet. En slik brenselscelle gir også et betydelig bidrag til vekten på flyet. I et hydrogenbasert fremdriftssystem flyttes altså mye av vekten fra energilageret over til energiomformingssystemet, sammenlignet med et batteribasert system. For å forstå hvorfor dette kan utgjøre en stor fordel må man gjøre et tankeeksperiment der man ser på konsekvensen av å doble rekkevidden til et eksisterende elektrisk fly. Grovt sagt kan man si at for å nå dobbelt så langt så kreves det dobbelt så mye batterier eller dobbelt så mye hydrogen. Likevel vil vekttillegget for det batteridrevne flyet være cirka 100 ganger større enn for det hydrogendrevne flyet. Et hydrogendrevet fly har derfor mye bedre skalerbarhet enn et batteridrevet fly. Høy energitetthet er ikke den eneste egenskapen som kjennetegner flytende hydrogen. Det er også svært kaldt. Temperaturen på hydrogenet lagret i tankene på flyet er cirka 250 minusgrader. Før hydrogenet kan benyttes i brenselscellen må det varmes opp og fordampes til gass. I utgangspunktet er den lave temperaturen derfor bare et nødvendig onde som gjør det mulig å lagre hydrogenet ekstremt kompakt. Heldigvis finnes det også et svært lukrativt bruksområde for kulden i hydrogenet. Elektriske motorer kan bygges ekstremt kompakte dersom kobbertråden i de strømførende viklingene byttes ut med høytemperatur-superledere. Slike superledere er nærmest tapsfrie, noe som gjør at man ikke trenger å bygge motorer med store volumer til å fordele varmetapene over. Superledere begynner ikke å oppføre seg som superledere før de når temperaturer ned mot 200 minusgrader. Til dette kreves det vanligvis tunge og komplekse kjølemaskiner som langt på vei annullerer gevinsten ved de kompakte superledermotorene. I hydrogendrevne fly har vi allerede det kalde hydrogenbrenselet som vi uansett er nødt til å varme opp til nesten 80 grader før det kan brukes i brenselscellen. Vi kan derfor oppnå en gedigen synergi ved å lede hydrogenet gjennom kjølekanalene til superlederne på vei fra tanken til brenselscellene. Dermed oppnår vi at hydrogenet varmes samtidig som superlederne kjøles, mens behovet for kjølemaskiner reduseres kraftig. Det er ikke bare størrelsen på motorene som reduseres ved å kjøles med hydrogen. Også kraftelektronikk og overføringskabler kan lages vesentlig mer kompakte dersom de kjøles med hydrogen. Hovedformålet med ph.d.-studiet mitt er å studere hvordan fremdriftsmotorene skal konstrueres for å best utnytte hydrogenkjølte superledere. Dette studiet er både teoretisk og eksperimentelt. I tillegg studerer jeg også hele fremdriftsarkitekturen for å kunne forstå samspillet mellom tapene i de forskjellige komponentene og temperaturene på hydrogenet. Så langt i ph.d.-studiet har jeg utført et detaljert studium av varmebalansen i fremdriftssystemet, der hovedformålet har vært å studere hvordan hydrogentemperaturene fordeler seg over de forskjellige komponentene gjennom alle fasene av en flyreise. Artikkelen blir publisert i IEEE Transactions on Transportation Electrification. Vi har også begynt å bygge opp en kryogenlab ved Institutt for elkraftteknikk ved NTNU samt produsert en første testenhet av en superledende flymotor for testing i kryogenlaben. Dette arbeidet vil intensiveres gjennom 2022. Jeg har også utviklet FEM-modeller som gir en makroskopisk beskrivelse av tap- og kritisk strømfordeling i superledere. Jeg har også fullført nært på alle av de obligatoriske kursene i studiet. Ved inngangen til sommeren 2022 vil det bare gjenstå ett mindre fag. Studiet er i rute pr. april 2022.

Publikasjoner hentet fra Cristin

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Budsjettformål:

STIPINST-Stipendiatstillinger i instituttsektoren