新能源汽车已经遍地跑,想过新能源飞机吗?
2024-05-20 19:48

新能源汽车已经遍地跑,想过新能源飞机吗?

本文来自微信公众号:星海情报局 (ID:junwu2333),作者:星海老局,题图来自:视觉中国

文章摘要
文章介绍了低空经济的发展现状和前景,探讨了新能源飞机eVTOL的概念及其挑战,以及电机、电控和电池在飞行领域的应用。

• 💡 低空经济成为新的蓝海,涉及新能源汽车、航空工业和人工智能三个产业链的交汇点

• 💡 eVTOL技术为“新能源直升飞机”,在电机、电控和电池的基础上实现低空飞行

• 💡 全电飞机是未来的发展趋势,电动推进技术有望取代传统内燃发动机, 但面临技术挑战和成本问题

低空经济最近太火了。


先是工信部等四部门联合发文,规划2030年低空经济规模要达到万亿,受此影响深城交等低空经济概念股一度暴涨,吉利沃飞长空2023年拿到了全球首张飞行汽车FAA适航证。


不止有政策,更有真金白银的支持,安徽、苏州、重庆等多地牵头成立专项基金,沃兰特航空刚刚拿到1亿元的A轮融资,下一个蓝海风口要来了吗?


低空经济并不是新概念,在2023年已经有5000亿的规模,大部分是我们所熟知的无人机产业,在娱乐、航拍等消费级无人机中大疆有70%的份额,农业、安检、体育等工业级无人机里大疆还有55%的份额。


变量在于新概念eVTOL,可以简单理解为“新能源直升飞机”,核心依旧是电池、电机和电控三件套,所以说低空经济与其说是汽车上天,不如说是电机、电控和电池为代表的三电系统上天。


并且低空空域情况复杂,飞鸟、风筝等突发情况都会严重影响飞行安全,又因为在城市空域运行,需要对地面上行人的安全负责,传统机场的雷达塔台人员和视野都有限,这就需要AI来协助高效调度分配空域通道,保证飞行安全。


尤其是人工智能技术上eVTOL采用电驱动,最大的优势在于可以嵌入人工智能,充足的电力供应为激光雷达、计算平台、传感器等设备的运行提供了保障。


这也留下了巨大的想象空间,基于小载荷的eVTOL发展的三电系统、人工智能、飞控系统等技术成熟后如果替换到现在的民航大飞机上,现在针插不进、水泼不进的民航工业供应链利益共同体将会遇到巨大挑战,类似新能源汽车对燃油车实现换道超车。


所以这次低空经济,可以看作新能源汽车、航空工业和人工智能三个产业链的交汇点,或者叫飞行器的全电智能化


一、安全和成本依旧是难以跨越的门槛


你会容忍市区通勤的时候,天上随时会掉下来一架飞机的危险吗?


新出台的《国家空域基础分类方法》将真高300米以下划为G类空域,真高120米以下划为W类空域,这两类空域向无人机、eVTOL等低小慢飞行器开放,空域资源这个大问题被解决。


所以载人飞行汽车、无人机快递配送等应用场景也逐渐被炒热,尤其是eVTOL的出现,似乎让“打飞的”越来越成为现实中可行的选择,尽管eVTOL以智能化和安全性著称,但对于需要在市区运营的载人航空器来说,不可控因素太多,120米以下的低空可不像平流层那么干净,飞鸟、无人机甚至于风筝都可能会造成严重的事故。


在成本控制上对比其它交通方式也难有优势,EH216仅仅飞行器成本就是200万,这还不包括地勤、驾驶员、维保等配套设施的成本,现在每公里的飞行成本高达30元左右,而地面上出租车每公里的运营成本大概在2元,和同级别的23座固定翼飞机相比,价格上也没有明显优势;eVTOL的买卖业务也很难走量,对应200W级别的豪车,比如兰博基尼一年的全球交付量才在1W辆,而会开飞机的人比会开汽车的人可要少很多。


不过现阶段也有使用场景,比如2023年从深圳到珠海试的eVTOL航线试运行,地面2小时的车程被缩短到20分钟,在珠三角时间就是金钱,地面的路桥早已经不堪重负,深中通道也是爆满,航班又需要长途往返机场和值机,这种在写字楼顶就能起飞降落的空中巴士确实有潜在需求;包括在山脉纵横的西南地区,毕竟在山沟沟里打洞修高铁的成本太高,而且山地人口分布破碎,很难发挥铁路沿线的经济拉动作用,修个小机场可以极大便利出行。


无人机货物配送倒是已经逐渐铺开,深圳期待在无人机的加持下,社区配送时间缩短到15分钟,合肥在今年5月也已经开通了首条无人机送货航线,京东等企业也早在2015年就开始了布局,打造“干线-直线-终端”三层次配送体系。


(运联智库根据公开资料整理,不完全统计)


但是成本依旧是大问题,甚至配送费都会比商品贵,你花9.9买一杯瑞幸咖啡,结果配送费需要20,没有哪个大冤种会下单,亚马逊的无人机配送成本更是吓人,一单需要63美元,是地面送货的20倍。


不只是无人机贵,现在的无人机配送体系依旧需要快递小哥配合,下单之后无人机不会直接把商品送到你家的窗户边上,是需要快递小哥去投递点拿货后才能送到你手上,这需要整条配送链条的高效配合。


和载人类似,物流在西南山地有着乐观的应用前景,山地有了无人机,中国邮政的师傅不需要在悬崖边的盘山道上用生命送快递,有望打通最后一公里。


只有解决成本,低空经济才有希望,中国恰好拥有全世界最全的供应链体系。


二、让新能源汽车里的三电系统飞起来


eVTOL核心同样是电机、电池和电控的三电系统,与新能源汽车的技术底座高度类似,这也许能解释低空经济为什么在今年被正式写入政府报告,并列为新质生产力,因为我们已经有相当成熟的供应链体系,有着庞大的产能,需要的是创造对应消费需求。


“希望给锂离子电池一个机会”,2000年陈立泉院士顶着全产业界看好镍氢电池的压力,为锂电池争取到了上车863电动汽车重大专项的机会,新能源汽车庞大的市场需求和40%的毛利率是技术进步最大的动力,之后就是比亚迪的刀片电池、宁德时代的凝聚态电池技术等全面开花。


电池的市场格局已经两超多强的格局,比亚迪和宁德时代两家就占了全球一半的份额,电池技术发展前景逐渐明朗,比如宁德时代能量密度500Wh/kg的凝聚态电池,能量密度是之前三元锂电池的2.5倍,明确是航空级电池,后续会推出车规级,固态电池、阳极电池等高密度电池技术正在逐步突破。


eVTOL和新能源汽车都采用的永磁电机,电机供应商的前十名中有七家中国企业,国外研发eVTOL的Opener在2017年就拿到谷歌创始人的投资,但是一直难产,最近才造出了一辆“轻量状态”下能飞50公里的“工业垃圾”,吉利的AE200续航最多有300公里,因为最核心的零部件技术全部在中国,BBA都在寻求和中国新能源车企的合作,比如大众耗资7亿美元入股小鹏,都想借助中国的产业链实现转型。


人工智能和航空工业同样需要放开低空经济来创造需求。


低空飞行空域复杂,仅凭飞行员和现在的基础设施无法保证安全,民航机场的雷达塔台视野会受到限制,空域管制必须引入人工智能,通过飞行数据实时上云协调分配通道,这就相当于在低空修路,还需要配备类似“红绿灯”、“监控”等智能设备,类似的数字智能设备会掀起下一轮基建狂潮。


低小慢的通用航空器开放,也会极大增加机场服务、雷达扩建等的需求,雷达企业为了开拓市场都已经造出抓野猪的有缘相控阵雷达,eVTOL的普及会拉动比如航空小镇这种民间娱乐飞行运动逐步落地,航空领域有条双微笑曲线,在制造阶段,发动机、飞控等零部件制造的利润远高于整机组装,在应用阶段,会展、观光等娱乐项目的利润远高于运人运货。


前些年国内航空小镇难以推开的重要原因也在于价格太不亲民,类似于汽车C本的运动级驾照需要10万,而美国把教材、考试等算上,差不多1.2万美元就差不多了,之后开飞机每小时只需要150美元,因为美国航空工业强大,通用航空器多达36万架,接近90万人有各级飞行驾照。


eVTOL整条产业链可以自主化后,国内民间学习开飞机的成本会直线下降,可以盘活民间小飞机的制造、维护、娱乐以及飞行培训等业务。


三、飞行器的全电智能化蓝图


现在只是低空小飞机用上了电力推进,在技术发展成熟之后会升级到大型客机上吗?


全电推进不是幻想,而是未来,马伟明院士的中压直流系统已经在舰船上逐步应用,采用全电推进会比传统机械齿轮结构节省10%以上的能源,并且不需要机械轴承和齿轮系统,内部空间会更宽裕。


飞机里,中小型飞机以电池为燃料,全电推动的叫电推进飞机,类似于纯电新能源汽车,以燃油微动力发电,采用全电推动的飞机是全电飞机,和增程式汽车类似,燃油发电之后再将电能传输给飞机所有系统使用,相较于传统飞机,全电飞机不仅结构可靠容易维修,而且还会提升发动机效率,就像电机对内燃机的降维打击。


eVTOL和10座的通勤客机对供电容量的需求在500KW,目前技术已经部分满足,更大的40座支线客机电容量需求就攀升到了1MW,1000座以上的商用客机电容量需求翻了十倍,而且需要1000V以上的高压,现在传统客机波音787的输出电压只在230V,所以还有着较大的技术壁垒。


不过全世界各国都在推进,美国INVET计划是在探索制造军用全电飞机,其中关键目标就在研发出高性能机电系统;英国诺丁汉大学在2009年就组建了专门的研究结构,投入四百多人推动全电飞机研制,我国商飞对于C929的定位也考虑过采用全电推进。


全电飞机是和传统飞机完全不同的技术路径,关键技术将是永磁电机、电网架构、分布式推进布局和混合电力系统,不再是通用电气的发动机、霍尼韦尔的电传飞控,所以目前波音和空客统治的民航工业,在未来也极有可能面临着“比亚迪时刻”,我们有着换道超车的机会。


只不过现在的技术只能做到让eVTOL这样的小飞机飞起来,因为现在的电池能量密度只有传统燃料的十二分之一,包括电气化零部件能否在万米高空保持正常运行也要打问号,民航对于可靠性和安全冗余有着近乎变态的要求,不像新能源汽车可以边研发边迭代,2013年我国新能源汽车刚推向市场的时候,吉姆西汽车这样的骗补产品都能大行其道,但是民航工业不会有这么大的试错空间。


从汽车到飞机,内燃机的时代正在落幕,电气化的全电推进正在成为可靠的图景,对我们十分有利的是,现在不是沿着旧的技术路径在进步,而是到了更换新技术路线的节点。


“在新能源汽车领域,大家都处在同一起跑线上”,钱学森先生的这句话可以适用于当下很多行业,“尾大不掉”是欧美等西方国家面临的巨大问题,这些曾经收割全球的领先技术越来越成为革新的累赘和包袱,旧的产业利益集团正在绑架整个国家。


比如西方移动支付难以普及,苹果都在上面折戟沉沙,因为背后是西方强大的银行信用卡系统;中国公司能够在模拟视景技术上快速赶超,因为国外的视景厂商还在用上世纪60年代的工业软件,无法与现在最新的GPU兼容,推倒重来的成本难以接受,中国公司没有这个负担,可以搭建一套最新的开发软件,来适配最新的技术。


这也是我对鸿蒙更乐观的原因,无论是电脑端的Windows还是手机端的安卓,底层代码都太老旧了,二十年前贪吃蛇就已经是大游戏,现在微信都是10个G,更新的架构算法会让软件跑得更快,释放出硬件更好的水平。


新能源汽车是靠补贴拉动供给端,这次低空经济更重要的是创造需求,拉动消费端,来消化掉庞大的产能。


地面上的钢筋水泥盖到头了,需要向天空要经济,交通从二维平面升维到三维立体,立交桥可能盖不到几百米高,但是采用全电推动的通用航空器eVTOL可以飞起来,交警不能在空中指挥,但是人工智能可以高效协调分配空域。


站在新能源汽车、航空工业和人工智能三个产业链的交汇点上的低空飞行器,就像一个通往未来的台阶,在技术路线更换的节点,抢先跨上去就能够占领下一个三十年的制高点。


本文来自微信公众号:星海情报局 (ID:junwu2333),作者:星海老局

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