2024年关于低空经济的十问十答

  • 来源:国海证券
  • 发布时间:2024/04/02
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关于低空经济的十问十答。什么是低空经济,为什么突然关注度这么高?2024年3月27日,工信部等四部门发布《通用航空装备创新应用实施方案(2024-2030年)》,对2027年和2030年我国通用航空发展提出具体目标。低空经济是以低空空域为依托,以各种有人驾驶和无人驾驶航空器的各类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。通过消费级无人机、工业级无人机、eVTOL、通用直升机等各类飞行器进行的飞行活动构成了低空经济的核心。这一轮低空经济的关注度提升主要受益于政策端的支持和低空飞行器技术的日趋成熟。国家和地方目前的政策支持力度有多大?2024年1月1日起,《无人驾驶航空器飞行管...

1、什么是低空经济,为什么关注度这么高?

低空经济是以低空空域为依托,以各种有人驾驶和无人驾驶航空器的各类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。低空空域通常是指距离地面垂直高度1000米以内,视地区特性和实际需求扩展至 3000米以内的空域。通过消费级无人机、工业级无人机、eVTOL(ElectricVerticalTakeoffandLanding,电动垂 直起降航空器)、通用直升机等各类飞行器进行的飞行活动构成了低空经济的核心。

相关政策集中出台+eVTOL商业化进程推进,低空经济迎发展机遇期。近期,“低空经济”概念加快进入大众视野, 主要受益于政策端的支持和低空飞行器技术的日趋成熟。2024年3月27日,工信部等四部门发布《通用航空装备创新 应用实施方案(2024-2030年)》,对2027年和2030年我国通用航空发展提出具体目标。2024年1月1日起,《无人驾驶 航空器飞行管理暂行条例》正式实施,标志着作为低空经济主导的无人机产业迈入“有法可依”的规范化发展新阶 段。此外,亿航智能于近期取得适航证,峰飞航空、小鹏汇天分别完成了跨海跨城航线和城市CBD区域的低空演示 飞行,标志着eVTOL商业化进程进一步推进。

2、国家和地方目前的政策支持力度有多大?

国家政策频出,利好低空经济。2021年以来,中央积极推动低空经济发展,先后颁布了一系列政策法规。2021年2 月国务院印发的《国家综合立体交通网规划纲要》提出,发展交通运输平台经济、枢纽经济、通道经济、低空经济。 这是“低空经济”概念首次被写入国家规划。2023年12月,中央经济工作会议提出,打造生物制造、商业航天、 低空经济等若干战略性新兴产业,产业定位大幅提升。2024年3月,“低空经济”首次被写入政府工作报告。

3、eVTOL是什么?和低空经济是什么关系? 

低空经济交通工具主要包括直升机、无人机和飞行汽车三大类,其中广义上的飞行汽车包括eVTOL(电动垂直起 降飞行器)和陆空两栖类: ✓ eVTOL:仅具备飞行功能,与直升机的主要区别在于其为纯电驱动,与无人机的区别在于其主要以载人为主。 ✓ 陆空两栖类:兼顾空中飞行和陆地行驶,从车身结构上可分为一体式和分体式两种类型。目前,投身于这类飞 行汽车研发的企业数量有限。一体式结构技术难度大,预计中短期内难以落地;对于分体式飞行汽车,小鹏汽 车和广汽已经发布相应的产品。

eVTOL具备安全/可靠/环保/经济/智能/舒适六大性能优势,发展前景广阔。eVTOL指以电力作为飞行动力来源且 具备垂直起降功能的飞行器,是电动航空技术、无人驾驶、人工智能、信息通讯等相关领域的跨界技术融合,其相 较汽车、直升机、铁路等传统交通工具有飞行安全性、运行可靠性、绿色环保性、运营经济性、智能自主性、体验 舒适性六大性能优势,未来发展前景广阔,有望成为低空经济的重要载体。

eVTOL在综合用时方面具有较为明显的优势。我们对比不同交通工具在不同行驶距离下的耗时: ✓ <50公里:汽车因不需要前置准备时间而用时最短,eVTOL用时大于汽车,直升机和飞机则因为启动期间长 导致总用时较久; ✓ 50-400公里:eVTOL用时最短,飞机因较长前置时间(抵达机场、安检等),总用时长于eVTOL; ✓ >400公里:民航飞机体现出长航程条件下的速度优势,用时最短,eVTOL用时仅次于民航飞机,汽车由于 行驶速度限制导致用时最长。 ◼ 综上,eVTOL在中途行程用时最短,在短途和长途行程中也有较大优势,不同距离行程的综合效率最优。

4、eVTOL有哪几种技术路线?

eVTOL主要分为四种技术路线:多旋翼型、升力与巡航复合型、倾转旋翼/机翼型、倾转涵道型。 ✓ 多旋翼型。可垂直起降,机动性强,稳定性高,技术难度低。能耗高速度低,有效载荷和航程都相对有限。 ✓ 升力与巡航复合型。由于配置了专用的水平推进螺旋桨,有效地提升了巡航阶段的气动效率、航程和安全性。有效载荷低。 ✓ 倾转旋翼/机翼型。在垂直阶段和水平阶段共用一套螺旋桨,航程、巡航速度和载重比方面优势明显。技术复杂性和成本提 升。 ✓ 倾转涵道型。涵道风扇的设计使飞行器在悬停模式下的气动效率更高,同等工况条件下的耗电量更少,更适于中长距离的 运输场景。技术难度高,资本投入大。

多家先进eVTOL公司实现倾转旋翼突破。虽然倾转旋翼难度较高,但它结合了多旋翼和复合翼的功能,旋翼既提 供升力也提供巡航推力,动力单元可复用,飞行速度快、载重比高、整机性价比高、适航条款比较清晰,具有较好的 运营经济性,在商业场景中应用更有优势。2023年,时的科技、沃飞长空、小鹏汇天、零重力等多家企业的倾转 旋翼构型机型有了标志性进展。但由于倾转构型机械设计和飞控系统复杂,开发风险和试飞难度大,目前复合翼 在技术路线中占据重要地位,被部分领先eVTOL企业选择。

5、低空经济的应用场景有哪些?

在低空经济的产业布局中,低空应用是低空经济的核心。低空经济的下游应用主要是与各种产业的融合,目前 常见的低空经济城市应用场景包括和物流、娱乐、出行、消防等行业融合的快递物流、消防救援、基建巡检、 农林植保、娱乐拍摄等场景。未来,低空经济可以向生产作业、公共服务、航空消费三大领域持续拓宽应用场 景,提供牧业飞行、电力作业、医疗救护、警用飞行、娱乐飞行等服务。

飞行汽车的应用场景主要分短途(UAM)、城际(MAM)和城市群(RAM)三类,三者有各自定位和特点。 ➢ UAM是城市内部的短途旅行,航程一般在10-15公里左右,平均飞行速度为70-80公里/小时,主要解决高峰时 段的城市内部交通,以减少对地面交通系统的依赖,提高效率。竞争交通主要是地铁和出租车。 ➢ MAM提供的是稍远距离的城际旅行,比如从城市中心到机场或市内机场到另一个机场,距离一般在15-30公里 之间,飞行速度可以达到80-100公里/小时。 ➢ RAM则关注更长距离的城市群交通,比如从一个城市到周边的小镇,做城际之间的连接,它的飞行范围可以从 30公里扩展到250公里,速度也相应提高到100-200公里/小时。竞争主要是高铁。

飞行汽车短期或更加聚焦小型高端市场,降低充电成本将推动应用拓展。据麦肯锡测算,飞行汽车的基础设施使用 费用约为150美元/次,收费较为昂贵,但可以与直升飞机、专车等较为昂贵的出行方式持平,因此飞行汽车商业化 的可行性暂时局限于小型高端市场。此外,由于飞行汽车前期需要创建快速充电基础设施,其成本可能占初始资本 支出的65%至75%,而电力成本可能占预计年度运营费用的30%至35%,因此飞行汽车实现经济可行性主要的障碍 还包括高额的充电成本。为了降低乘客的出行成本,飞行汽车运营时需要减少基础设施网络的周转时间,并降低充 电成本和时间。

6、国内外eVTOL的落地进展如何?

据航空产业网,全球取得实质性进展的eVTOL企业已达近50家,仅有亿航智能获标准适航证明。近年来全球 eVTOL企业数量显著增加,全球已研发或正在研发适航阶段产品、取得实质性进展的企业约50家,目前仅有亿航智 能一家企业获得由中国民航局颁发的标准适航证,小鹏汇天、沃飞长空等少数企业获得特飞许可证。

目前国内eVTOL飞行器的行业资质许可主要分为研发、生产、适航、经营四个阶段。而根据德勤分析,eVTOL商 业化计划可以分为三个阶段:2020-2025年,实施客运型eVTOL的原型机测试与验证,实现货运型eVTOL商业化运 行;2025-2030年,通过货运型商用铺路,实现有人驾驶客运型eVTOL商业化;2030年后,依托有人驾驶客运型 eVTOL的商业化成功,伴随民众认可度的显著提升,开展产品升级,实现eVTOL的无人驾驶飞行。

7、eVTOL的价格要多少钱?有哪些降本路径?

eVTOL整机由能源系统、动力系统、飞控系统、航电及机体等构成。据麦肯锡数据显示,以Lilium整机制造企业 为例,能源系统、动力系统、航空电子设备&飞控系统、机体所占整机成本比例分别为10%、40%、20%、25%。 ◼ 根据现有产品亿航智能EH216成本总价200万元预估,eVTOL当前BOM成本拆分:能源系统约20万元、动力系 统约80万元、航空电子设备&飞控系统约40万元、机体约50万元。

eVTOL整机的降本依赖于技术成熟和规模商业化应用。据盖斯特汽车管理咨询公众号,伴随eVTOL商业化发展路 径,预计eVTOL的购买成本有望在2040年降低至100万元。 ◼ 此外,规模商业化落地还要考虑运行成本是否满足终端应用的经济性。据麦肯锡评估,城市空中交通运行成本相比 于现有直升机运行成本下降约80%才可与地面旅行竞争。远期降低后的运行成本有望降低至每英里0.5-2.5美元/ 人座,即每公里2.25-11.23元。

8、低空经济市场规模有多大?

关于我国低空经济的市场规模预测:中国民航局副局长韩钧在2024年2月28日国新办新闻发布会上表示“根据一 些研究单位的测算,2023年我国低空经济规模超5000亿元,2030年有望达到2万亿元”、“截至2023年底,我 国通航企业达689家,在册通用航空器3173架,通用机场451个,全年作业飞行135.7万小时”。仅考虑eVTOL 终端市场规模:1)MarketsandMarkets预测,全球eVTOL市场规模将从2023年12亿美元拓展到2030年234 亿美元,CAGR达52%。2)保时捷管理咨询预测,在中性预期下,2024/2027/2030年中国eVTOL市场规模将 达到10/100/500亿元,其中2030年我国eVTOL占据全球市场份额或为25%。 

以韩钧副局长和保时捷管理咨询的预测数据作为基础参考,根据当前低空经济及eVTOL尚处初级发展阶段的现状, 我们假设2028年左右eVTOL规模量产,给予低空经济2024-2030年增速20%、21%、23%、25%、30%、 28%、25%,eVTOL增速-、80%、100%、120%、150%、80%、60%的假设预期,对应2030年我国低空 经济、eVTOL市场规模为2.3万亿元、570亿元。

9、eVTOL规模商业化仍存哪些难点?

①适航与法规认证

所有民用航空器均需获得适航性认证,对于电动垂直起降飞行器,取得民航管理机构颁发的型号合格证是其用于城 市空中交通的必备环节。eVTOL作为一种新型航空器,既不能作为一种适航审定类别,也不能归入传统直升机或固 定翼的适航审定类别。目前各国局方对电动垂直起降飞行器的适航审定并没有统一的标准。 ◼ 目前,只有欧洲发布了针对小型VTOL的统一标准和符合性方法,中国和美国根据每个具体eVTOL机型的特点进 行有针对性的适航要求。凭借无人驾驶航空器审定法规体系架构较完备的优势,中国民航局将无人驾驶eVTOL的适 航审定纳入基于运行风险等级进行分类管理的无人驾驶航空器审查体系。中国这种适航体系架构设计为不同设计特 征、预期用途及运行场景的无人驾驶电动垂直起降飞行器以合适的安全性水平进行适航取证创造了有利条件。

②动力电池技术

现有汽车动力电池无法直接应用于eVTOL。据《电动垂直起降飞行器的技术现状与发展》,由于航空应用的特性, 电动垂直起降飞行器对锂离子电池性能要求更高,当前电池单体电芯的能量密度最高水平在300Wh/kg左右,电池 包的能量密度约为220Wh/kg,远低于航空燃油的比能量,仅能勉强满足小型全电飞行器短程飞行需要。 ◼ 为了满足电动垂直起降飞行器的性能指标,需要全面提升电池系统的能量密度、功率密度、安全性、循环寿命等 指标。现有主流化学体系锂离子电池中,三元NCM电芯的综合性能要好于三元NCA(安全性考虑)和LFP(能量 密度考虑)。固态电池由于比能量高、安全性好等优点,具有eVTOL应用潜力,但尚不成熟。

③飞行控制系统

相比传统直升机,eVTOL采用分布式旋翼,构型更加多样,操纵数量和响应差异性强,飞行控制技术难度更大。 eVTOL垂直起降、巡航飞行、过渡转换等多模式切换对飞行控制也带来很大挑战,需要实现全包线飞行鲁棒控制。 ◼ 轻量化和高安全性是eVTOL重要设计要求。eVTOL飞控系统取消了传统液压作动方式,并通过总线信号传输、一 体化伺服作动器设计等小型化、集成化手段,实现轻量化设计。高安全性主要通过飞控系统部件的余度设计来实现 ,但更高的余度配置意味着更复杂的系统和更大的重量体积。 ◼ eVTOL飞行控制技术未来向着自主化、智能化发展。通过高级自动控制功能设计、深度学习、强化学习等方法,实 现一键自主起降、智能避障、自主航线运行、智能边界保护与故障重构等功能,提高自动驾驶和智能化水平。

④电机与电控技术

电机系统是电推进系统中的核心动力单元,主要包括电机和电机驱动器,直接决定了电推进系统的能源利用率和推 进效能。目前,国内外应用于eVTOL的电机系统的研究均处于起步阶段,为了满足飞行器电推进系统严苛的综合 性能要求,亟需进行技术创新与突破。 ◼ eVTOL对电机效率和转矩密度的要求较高,永磁同步电机在电推进动力系统很具有应用前景。 ✓ 轴向磁通永磁电机对径向空间的利用率高,在长径比较小的场合,功率密度和转矩密度具有优势; ✓ 径向磁通永磁电机在相同气隙面积和相同最大转子线速度下功率更具优势。

10、低空经济产业链涉及哪些领域?

我国低空经济产业链的结构大致如下:上游为原材料与核心零部件领域,中游包括低空制造、低空飞行、低空保 障与综合服务等,下游为各种应用场景,包括旅游业、物流业、文旅业与巡检业等。 ◼ 我们认为,低空经济当前仍处于非常早期的发展阶段,产业链上游及中游的装备制造环节将率先受益,是当前需 要重点关注的核心领域。

 


(本文仅供参考,不代表我们的任何投资建议。如需使用相关信息,请参阅报告原文。)

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