打造低空经济新引擎竞跑低空经济新赛道

2024-10-20 行业资讯

  发展低空经济,是塑造中国发展新动能新优势、打造经济稳步的增长新引擎的重要举措,或许将深刻的改变未来人类社会的出行方式和产业链格局。新能源行业作为国家重点支持的战略新兴行业和新质生产力的代表,与低空经济在多重维度将产生紧密的结合,具体包括:

  (1)电池及动力系统成本占比近半,低空经济产业链有望复用新能源车产业基础;

  低空经济是以低空飞行活动为牵引,辐射带动相关领域融合发展的综合性经济形态。所谓“低空”,通常指线米以下的空域,根据不一样的地区特点和实际要可延伸至3,000米。低空经济作为新质生产力的代表,当前产业政策支持力度大,有望发展成国民经济增长新引擎。

  低空经济产业领域大致上可以分为低空飞行器制造、低空运营服务和基础设施与配套保障,其对应的细分行业和具体产品情况如下:

  根据人民日报文章《科技引领,促进低空经济腾飞》,到“十四五”末,我国低空经济对国民经济的总和贡献值将达到3-5万亿元。央视网《新机遇里看中国:低空经济 新质生产力“新赛道”》明确提到2025年低空经济对国民经济综合贡献值将达到3万亿至5万亿元。

  根据工信部下属赛迪研究院的最新多个方面数据显示,2023年中国低空经济规模已达到5059.5亿元,同比增速33.8%。预计2026年,中国低空经济市场规模将逐步扩大,将突破万亿元大关,2023-2026年复合年增长率将达到30%。

  低空经济根据时间划分共经历了三个阶段,分别为概念提出期(2009-2010)、初步发展期(2011-2020)和加快速度进行发展期(2021年至今),标志着改革由浅入深,涉及方面从少到多,对低空经济的概念愈发全面清晰,低空经济的地位逐步提高。

  从政策端来看,我国对低空经济重视程度迅速提高,已经上升为战略性新兴起的产业。2021年,低空经济概念首次被写入国家规划。2023年,中央经济工作会议首提低空经济并将其列入战略性新兴起的产业行列。今年两会期间,低空经济首次被写入政府工作报告,并将作为新兴起的产业和未来产业,打造成为中国经济发展新的增长引擎。

  中央经济工作会议后,多地出台政策布局低空经济制造端新质生产力,已有超过27个省(区、市)将低空经济相关联的内容写入2024年政府工作报告。其中珠三角、长三角较为领先,明确2025年的短期量化发展目标。从各地政策来看,布局eVTOL和无人机的省份有较强的航空或电动汽车产业链基础,如广东、上海、四川等,多以补贴形式给予财政支持。其余大部分省市聚焦飞行基础设施和航线建设、应用场景拓展三方面,低空+旅游、低空+农业、低空+城市治理、低空+应急成为各省应用场景端的热点。

  电池及动力系统为低空飞行器核心部件,成本占比近50%。从功能角度,低空飞行器动力装置包含电推进系统、能源系统等,具体为电池、电机、电控制器等部件,作为核心动力单元,电池及动力系统直接决定了eVTOL的电能利用率与推进能力。从成本角度,一台低空飞行器的推进系统、内部结构件、航空电子设备与飞行控制器、能源系统、组装的成本占比分别约为40%、25%、20%、10%、5%,电池及动力系统成本占比达50%。随着在单位体积内的包含的能量、倍率、安全性等方面性能更优的航空级锂电池逐步研发应用,电池所需成本将相应提升,预计未来能源系统成本占比将进一步提高。

  电池单位体积内的包含的能量直接影响低空飞行器性能,锂电池或成主流。低空飞行器中电池的技术水平直接影响其性能,如电池单位体积内的包含的能量越高,eVTOL在速度、航程、起飞重量等维度都有更好表现,常规构型电动垂直起降飞行器、多旋翼飞行器等构型均需高单位体积内的包含的能量电池才具备应用前景。锂电池具备能量密度较高、循环稳定性较好、安全保障措施完善、自放电较低、无记忆效应与绿色环保等优点,被公认为低空飞行器领域主流电池选择。《通用航空装备创新应用实施方案(2024—2030年)》中提出,推动400Wh/kg级航空锂电池产品投入量产,实现500Wh/kg级航空锂电池产品应用验证。

  资料来源:前瞻产业研究院、中商情报网、智研咨询、Stratview Research

  低空飞行器与新能源汽车产业链重合度高,有望凭借产业优势快速崛起。在上游矿产资源环节,低空飞行器同样需使用锂、镍、钴等金属元素,而新能源产业上游矿业公司经多年快速地发展,已建立了完善的供应体系,各细致划分领域分工明确,产能充足。在中游原材料以及零部件环节,我国新能源产业具备全球领先的电池和电机、电控技术,可规模化迁移至低空飞行器产业链,以动力电池为例,根据SNE Research,2023年中国企业动力电池装车量全球占比超60%,全球动力电池装车量十强厂商中中国企业占6席。

  低空飞行器使用航空级锂电池,性能要求高于电动汽车。低空飞行器与新能源汽车均使用锂电池作为动力来源,供应体系存在重叠,但航空级锂电池在单位体积内的包含的能量、倍率、安全性等性能上要求更高,其中:单位体积内的包含的能量方面,目前电动汽车用锂电池单位体积内的包含的能量可达255Wh/kg,但《通用航空装备创新应用实施方案(2024-2030年)》提出航空级锂电池单位体积内的包含的能量需达400-500Wh/kg;倍率方面,低空飞行器涉及垂直起降等极端场景,对瞬间充放电倍率要求更高、须在5C以上,电动汽车用锂电池目前可达到4C;安全性方面,低空飞行器工作环境较电动汽车更为极端,对锂电池耐受性要求更严苛,尤其对电池热管理系统提出了更高要求。

  低空飞行器锂电池与动力电池技术同源,多家锂电企业积极布局。目前宁德时代、孚能科技、国轩高科等锂电企业已积极开展航空级锂电池研究布局,凭借动力电池技术基础切入低空经济领域,部分企业已取得技术进展,如宁德时代凝聚态电池能量密度已突破500Wh/kg。

  1、成本:亿航EH216-S售价仅为239万元人民币,对比类似规模传统直升机售价在千万元以上,成本降低80%,同时电力作为主要动力来源,其规模化经营成本远低于传统耗油直升机;

  2、安全性:eVTOL结合多电池系统、多电机驱动、多旋翼等多种安全保护措施,安全性能强;

  3、节能环保:eVTOL使用电能驱动,不会出现传统燃油能源造成了一定的环境污染问题;

  4、噪音:eVTOL垂直起降噪音约为65dB,巡航状态下噪音仅约45dB,对比传统直升机起降噪音可达120dB改善明显;

  5、适用场景:eVTOL未来有望用于大型城市空中交通,为高频场景,而传统直升机针对场景较为小众;

  6、空间需求:eVTOL可垂直起降,无需占用跑道空间、运行空间小,且相比传统直升机专用停机坪,其起降点所需空间也更小。

  低空经济正迎来发展的浪潮,它不仅有望成为经济稳步的增长的新引擎,也将深刻影响未来的生活方式和产业格局。低空经济有望延续中国新能源汽车产业链的优势,从第一性原理出发,低成本、高安全、环保性等优势将促使电动化升级,渗透率有望快速提升。

  当前,eVTOL和新一代固定翼飞行器均在向电动化发展,电动化能够给低空飞行器带来可观的成本下降,同时能提升安全性和智能化水平。低空经济的电动化进程中,三电系统的技术升级和创新是行业发展的重要的条件之一。三电系统的升级聚焦高功率密度/高单位体积内的包含的能量,提升飞行器载重、航程及安全性能eVTOL的三电系统包含电池、电机、电控。其中:(1)电池的功率密度和单位体积内的包含的能量分别决定飞行器的载重能力和航程;(2)电机性能影响飞行器的能源利用率和推进效能;(3)电控系统的智能化水平则关乎飞行器的可靠性和安全性。因此,三电系统的优化和升级,是飞行器向更高技术水平迈进的关键。

  从新能源电池技术升级的方面出发,eVTOL电池供应体系与汽车重叠,性能要求较汽车更高,促进了电动化升级。根据《eVTOL电池技术的关键介绍》(刘典生等,【2022上半年亚太地区先进空中交通报告】),eVTOL对于动力电池的性能要求比电动汽车更高大多数表现在高单位体积内的包含的能量、高功率密度、快充及长寿命等方面。具体来讲:(1)功率密度(比功率)水平决定了飞行器的载重量;(2)能量密度(比能量)水平决定了eVTOL的航程;(3)充电速率为双刃剑,过快影响电池使用寿命,过慢会导致航班运行间隔变长。

  单位体积内的包含的能量方面,从电池企业投入eVTOL应用的产品看来,目前eVTOL电池已达到285Wh/kg,高于常见的乘用车用锂电池的能量密度;但即便如此,285Wh/kg的性能指标尚不能够满足要求,未来仍有上探空间。

  倍率性能方面,eVTOL的飞行需要经历起飞、巡航、悬停等阶段,各阶段对电池的放电倍率要求存在一定的差异;其中,起降的特殊场景要求eVTOL电池的瞬间充放电倍率须在5C以上。

  安全性能方面,对于整体eVTOL而言,美国FAA的规定要求事故率为千万分之一,欧盟EASA的标准则是十亿分之一;在eVTOL对于安全性的严格要求下,相应地,eVTOL电池同样需具备较高的安全性能,其安全标准也高于陆地的电动汽车。eVTOL参数要求情况如下:

  国家在2023年10月、2024年3月两次强调航空级电池单位体积内的包含的能量发展目标:400Wh/kg逐步投入量产,500Wh/kg完成应用验证。我国动力电池领先企业已有相应技术的突破。根据EVTank,目前国内宁德时代、孚能科技、正力新源等锂电池企业已开展航空级技术攻关,部分厂商如宁德时代凝聚态电池单位体积内的包含的能量已突破500Wh/kg。

  传统的电池行业与新兴eVTOL产业存在相互促进的关系,一方面eVTOL行业兴起为锂电池及其下一代技术提供了新的应用领域,促进电池技术进行迭代发展,另一方面电池技术的持续进步直接提升了eVTOL的载重能力及航程,为低空产业商业化发展提供坚实助力。

  在低空经济需求的推动下,新能源电池技术迎来了差异化发展的新机遇。随着城市空中交通、物流运输和无人机应用的迅速增长,市场对低空经济电池的多样化应用场景和差异化技术创新的需求愈发迫切,促进新能源电池技术革新发展。

  城市空中交通:eVTOL需要高能量密度和快充的电池,以保证短时间之内的多次起降和长时间的续航能力。这对电池的单位体积内的包含的能量、放电速率和寿命提出了更高要求。

  物流运输:物流无人机需要在高频率的起降过程中保持稳定的电力供应,且需具备高效的充电能力,以减少等待时间,提高配送效率。

  应急救援:在紧急状况下,电动无人机能够迅速到达灾难现场,进行物资投放、人员搜救和现场监测等任务。新能源电池需要为无人机提供较为可靠的电力支持,使其能够在恶劣环境下持续工作,提高救援效率。

  基础设施检测:电动无人机还可用于检测和维护基础设施,如电力线、桥梁和管道等。新能源电池需要保证无人机可以在高空长时间悬停,进行精确的检测工作,来提升检测的精度和效率,减少人工操作的风险。

  低空经济的需求推动新能源电池技术在封装体系、材料体系和电池体系方面的多方位提升和差异化发展,以满足多样化应用场景的要求。

  就电池的封装方式而言,锂电池技术路线主要可分为圆柱、方形和软包,三种封装形式的电池各有优劣,具体对比情况如下:

  每种封装方式的选择通常取决于特定应用的需求,包括对单位体积内的包含的能量、重量、成本、安全性和生产效率等因素的考量。根据EVTank、GGII、公司公告等公开信息查询,在电动航空领域,已有能元科技(Molicel)、蔚蓝锂芯、Custom Cells等企业布局圆柱电池路线,而孚能科技、Custom Cells等在内的部分厂商也已布局软包电池路线)材料体系

  单位体积内的包含的能量需求提升,推动电池技术升级。2023年10月,工信部等四部门印发的《绿色航空制造业发展纲要(2023-2035年)》对航空级电池产品参数提出目标要求:满足电动航空器使用需求和适航要求的400Wh/kg级航空锂电池产品投入量产,500Wh/kg级产品小规模验证。在高单位体积内的包含的能量需求的推动下,除常规材料体系升级外,固态电池具备高能量密度、高安全性、高倍率性能。

  业内已有多家厂商积极推动(半)固态/锂金属电池在eVTOL领域的应用,电池技术的持续进步也有望为eVTOL行业规模化和商业化发展提供坚实的基础。从行业进展看:

  低空经济产业有望复刻新能源汽车产业高质量发展路径,目前也处于0-1的导入期阶段,在政策积极支持、产业链基础逐步完善、科学技术创新持续推动的背景下,以eVTOL为代表的低空经济具有产业链条长、辐射面广、成长性和带动性强等特点,“天空中更加繁忙的一天”正渐行渐近,低空经济、千帆竞发、无限未来,新赛道、新动力、新引擎,携手新能源产业共同打造新质生产力!