2024年被誉为“低空经济元年”,经过多年的布局和发展,国内低空经济终于迎来一波井喷爆发之势。其中,电动垂直起降飞行器eVTOL(Electric Vertical Take-off and Landing),也被称为“飞行汽车”,主要瞄准城市内、城市间的短途飞行需求,是基于国内新能源汽车产业逐步发展壮大,精准切入陆海空三维交通全面电动化,有效推动新质生产力发展的新兴赛道。全球低空经济市场规模已经达到千亿美元级别,相关机构预测显示2030年全球城市空中交通(UAM)市场规模将达到十万亿美元级别。据Morgan Stanley、德勤等预测显示,2040年eVTOL市场全球规模保守估计将达到1.5万亿美元,其中52%货运物流,46%城市载人,2%城际通航和军政市场。
新能源技术赋能航空电动化构成eVTOL重要优势
高安全:目前全球eVTOL整机构型或技术路线主要有多旋翼构型、复合翼构型、倾转旋翼构型、倾转涵道风扇+完全矢量控制、隐藏式推进系统+无翼设计。其中前三种方案都采用多电池系统、多电机驱动多旋翼,具有多套独立可靠的动力系统提供安全冗余,第四种方案涵道风扇还消除了开放性螺旋桨在安全方面的隐患。同时这几类主流方案的巡航状态基本等同于固定翼飞机,无论是独立分布式电推进带来的安全可靠性,还是固定翼的稳定性都远超传统直升机。
低成本:与通用载人载货无人机相比,其具有更长的续航和更大的载荷。与小型直升机相比,相关研究显示,目前涡轮风扇发动机对燃料的利用效率仅约40%,而电推进系统对电能的利用率能够超过70%,采用电动驱动的eVTOL效率更高,且无需昂贵的航空燃油,运营成本更低。随着规模化和供应链不断成熟带来的成本降低,未来eVTOL出行的公里单价可以做到和网约车的专车接近,在不受起降场地限制,电价低于燃油价格等因素的影响下,其使用成本(长期运营低至2-3元/公里/人)、维护成本远低于传统直升机和通航固定翼飞机,让私人飞机大众化普及变为可能。
更环保:eVTOL用电动动力系统代替了内燃机系统,基于电动化的独特优势,不产生碳排放,符合全球零碳愿景和环保要求,同时能够大幅降低噪音(起降噪音低于65db),低于城市环境背景噪音,也能大幅提升使用者的乘坐体验和舒适度。
智能化:相比传统城市公共交通,如地铁、轻轨等投建周期长,覆盖区域固定等缺陷,eVTOL运营所需要的起降设施更灵活,不仅可以利用现有机场,还可以在城市CBD,各城市功能区高楼楼顶设置运输节点,进行点对点运输,填补城市交通功能的空白。并且基于三维空间优势,让全智能化自动驾驶变得更容易实现。
低空经济三大飞行器:直升机、无人机、eVTOL
无人机、直升机和eVTOL(Electric Vertical Take-off and Landing,eVTOL)是实现低空经济的三大物理载体。eVTOL因其安全、智能、经济、环保等特点,可使人和货物以无缝、经济的方式在城市低空快速流动与灵活作业,能高效开发城市低 空空域资源,逐渐成为城市空中交通的主流方案。相比于无人机,eVTOL在实现了载人载物的基础上,功能更加广泛;相比直升机,eVTOL则有低碳环保、噪声低、成本低、无需跑道、 稳定性好等优势。
eVTOL载人端比较优势载人方面,eVTOL的典型商业模式包括短途定期载客飞行、企业和私人包机、空中游览飞行、医疗转运等。受益于更短用时以及高端的搭乘体验,eVTOL将在50-400公里左右的中短途出行方式上对汽车、地铁等交通方式形成替代效应。民航客机主要覆盖了800公里以上的长距离出行需求;高铁主要覆盖了400-1000公里左右的中长距离出行需求;汽车主要覆盖了5-200公里左右的短途出行需求;50公里内,汽车因不需要前置准备时间而最便捷。50-400公里,民航飞机、火车等因较长前置时间,综合出行时间高于eVTOL。400公里以上,民航客机、火车具有长航程速度优势。
eVTOL在低空领域载人载物端有望从“点-线-面”逐步铺开eVTOL在载人载物方面,有望从“点-线-面”逐步铺开。1)点:方式1,在空域条件允许且交通密度较小的情况下,可以选择机坪到机 坪的直达航路划设方式,短直航路设置既节约能耗,也更具时间优势;2)线:方式2,利用城市现有基础设施(如地面路网、屋顶上空) 或已有的自然区域(河道、林地)进行空中航路设置规划,引入上述结构化的航路有助于将航空器数量增多,同时减少空中冲突概率、 减少航空器事故坠落后造成对地面人员二次伤害的概率;3)面:方式3,基于空域网格化的动态路径划设方式,该方式能够满足更大的 空域容量和交通吞吐量需求,它要求对整个空域航路分配采用中央指挥控制平台。
中国eVTOL政策:审批加速eVTOL商业化落地作为民用航空器,任何一架eVTOL从设计到商业落地需经历:申请并获得型号合格证(TC)——获得单机适航证(AC)——生产许可审定并获得生产许可证(PC)——申请运营合格证(OC)以实现商业化运营。型号合格证(TC),是中国民航局根据《民用航空产品和零部件合格审定规定》(CCAR-21)颁发的、用以证明民用航空产品符合相应适航规章和环境保护要 求的证件。由中国民航局颁发给申请人(通常是飞机制造商)的一种证件。适航证(AC) ,是中国民航局颁发的一种证件,这个证件用于表明:中国民航局认为这架飞机(只是指这一架)符合经批准的设计,且处于安全可用状态。适航证类似于每一架飞机的出厂合格证。生产许可证(PC),是由中国民航局颁发给申请人的一种证件,用于表明:中国民航局认为申请人(OEM主机厂或者被委托方)已建立了一整套的用于航空器 生产的质量系统,能够确保其生产的每一架航空器及其零部件均能符合经批准的设计,并处于安全可用状态。国内现阶段每个eVTOL项目适航审定按“一事一议”处理,每个项目单独制定专用条件。TC取证是适航审定过程中最具挑战性的环节,涉及各类测试和考核,国内正常类小型航空器TC取证平均时间在6.5年左右。
低空经济和eVTOL的市场空间2024年4月1日,工信部赛迪顾问发布《中国低空经济发展研究报告(2024)》,报告指出,低空经济是以低空飞行活动为核心,以无人驾驶飞行、低空智能网联等技术组成的新质生产力与空域、市场等要素相互作用,带动低空基础设施、低空飞行器制造、低空运营服务和低空飞行保障等领域发展的综合性经济形态。此处测算市场规模的低空经济主要包括低空基础设施、低空飞行器制造、低空运营服务和低空飞行保障四个环节的合计值。国内低空经济市场规模超万亿:根据赛迪顾问数据,2023年,受到民用无人机产业高速发展、低空空域改革试点工作持续深化等影响,中 国低空经济高速发展,相较2022年经济规模持续提升,2023年中国低空经济规模达到5059.5亿元,同比增速高达33.8%,2023年,低空经 济规模贡献中低空飞行器制造和低空运营服务贡献最大,接近55%,间接、引质产生的围绕供应链、生产服务、消费、交通等经济活动贡 献近40%,低空基础设施和飞行保障的发展潜力尚未充分体现。随着低空飞行活动的日益增多,预计到2026年低空经济规模有望突破万亿, 达到106544.6亿元。根据中国民航局数据,到2030年,中国低空经济的市场规模预计将达2.5万亿元,2035年有望达3.5万亿元。国内低空经济企业资源区域分布:根据赛迪顾问统计数据,截至2024年2月,中国低空经济领域共有企业超5.7万家,超六成企业分布在中 南和华东地区,主要集中在广东省、江苏省、湖南省、浙江省、山东省等地区,华北地区占比约12.6%,主要集中在北京市、河北省、天 津市三地。
低空经济与eVTOL产业链低空经济产业链: 上游主要为构建中游各类低空产品的原材料(包括金属原材 料、特种橡胶与高分子材料等)与核心零部件(包括电池、 电机、飞控、机体等); 中游主要为低空产品制造、低空飞行、低空保障与综合服务 等; 下游主要为运营和各种应用场景(包括旅游业、物流业、文 旅业与巡检业等)。eVTOL核心子系统主要可以分为电池、动力系统、飞控系 统、通讯系统、导航系统以及机体六大类。 主机厂主要承担的是整机研发和集成的任务,以及承担部 分后续商业运营的功能。 eVTOL的核心技术环节供应商也组成了其产业链的主要结 构。核心部件供应商方面,eVTOL产业链与传统航空产业链、 新能源汽车产业链存在大量交叉。动力系统供应链:eVTOL的动力系统采用完全电气化的电推进技术,从能源系统的源头重塑了飞行器动力体系架构,通过电机驱动升力和 推进装置来提供飞行器所需的部分或全部动力。由于eVTOL电机、电控与新能源汽车结构相近,目前国内eVTOL厂商的动力系统国产化程度较高,目前已知峰飞航空、 御风未来等产品核心模组实现100%国产自研。
eVTOL兴起,多维比较优势下有望成为未来低空出行主要载体电动垂直起降飞行器eVTOL或将成为未来低空经济的主要载体。eVTOL的最早概念机型出现在2010年前后,近年来随产品从概念设计到原型逐步落地,因其起降方便、电气化、低噪音、巡航效率高、保障要求低等优势,正成为产业与风投追逐的新兴赛道。eVTOL主要构型多样,各有其优劣势和应用场景。基于推进动力方式,eVTOL主要分为多旋翼型、升力与巡航复合型和矢量推力型,其中多旋翼型主要满足中短途场景,复合型则具备长航程能力,矢量推力型在航程、巡航速度和载重比等方面优势明显但技术复杂性提升。
各类出行方式中,在特定路程范围内,eVTOL的比较优势显著。根据中航通信息研究所,以上海-苏州路线为例,比较豪华汽车、高铁、直升飞机和eVTOL出行 的优劣,综合而言,eVTOL在用时、私密性、舒适性和碳排放等方面具备明显 的比较优势。与地面出行相比,一定路程范围内,eVTOL具有高效便捷、低噪 音等优点,且未来大规模量产单程票价有望继续下探并与豪华汽车趋同;与直 升机等传统飞行器相比,成本和环保优势明显。此外据研究显示,eVTOL与常 规直升机相比,噪声水平降低15dB,且最大声压级同样较小。
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