新质生产力下新能源产业与低空经济跨界耦合发展

区别于传统生产力,新质生产力需由更多运用新技术的新产业承载,与新产业存在紧密关系。新能源产业依托技术和装备创新不断发展,改变了依赖化石能源的传统发展方式,为推动能源清洁低碳转型、经济社会绿色发展和应对气候变化注入强劲新动能。

低空经济以程序设计者、无人机飞手为新劳动者, 以空域资源、新材料和新能源为新劳动对象,以航空器、数据通信、自动控制及遥控等技术手段为新劳动工具,是新质生产力的典型代表。

新能源产业与低空经济的跨界耦合是“新质生产力就是绿色生产力”理论的充分体现。这种“新能源+ 低空经济”的耦合模式源于国家政策推动,通过光储氢技术创新加速低空经济商业化进程,同时为新能源产业先入头部企业创造了新的增长空间和发展模式。

1 产业跨界耦合发展的理论基础

1.1 新质生产力就是绿色生产力

为实现“双碳”目标,光伏、储能和氢能等新能源产业成为绿色生产力的重要载体。低空经济作为新增长引擎和国家战略性新兴产业之一,与新能源产业关系密切,相互驱动,互为支撑。

新质生产力本身就是绿色生产力,绿色生产力是支撑绿色发展的生产力。新质生产力为绿色发展提供了技术支持和推动力,绿色发展也对新质生产力的发展提出了更高的要求,并指明了发展方向。

绿色生产力注重发展的持续性。科技创新,特别是绿色技术的创新,不仅为经济发展提供了新机遇和新动能,也为降低能耗、提升效率开辟了新路径。

1.2 新能源产业与低空经济的耦合点

新能源产业与低空经济的耦合点主要如下。

1)新能源基础设施建设。低空飞行器可用于新能源项目选址和规划。利用无人机进行地形勘测和环境评估,可以更科学地选择风电场或太阳能电站的建设地点。在新能源基础设施的建设过程中,低空飞行器可辅助施工,运输小型设备和材料,监控施工进度, 确保工程质量和安全。

2)新能源驱动。低空飞行器可将太阳能电池、锂电池、氢燃料电池等新能源作为动力来源,不仅延长了续航时间,还降低了对传统能源的依赖,符合可持续发展理念,有利于“双碳”目标的实现。

3)绿色物流。低空飞行器在物流和配送领域的应用,可降低该领域对化石燃料的依赖,减少碳排放, 实现绿色物流。

4)环境保护与监测。低空飞行器可用于监测环境污染、森林火灾、水资源等,帮助新能源产业更好地开展环境保护工作。例如可利用无人机监测风电场周围生态环境,保障新能源项目可持续性。

2 市场需求是产业耦合的外部驱动力

2.1 低空经济巨大增长潜力为新能源产业创造新机遇

低空经济作为新质生产力代表之一,具有产业链条长、辐射面广、成长性和带动性强等特点。

从竞争态势来看,通用航空是低空经济的主体产业,无人机产业是低空经济的主导产业。通用航空领域主要由航空领域的国有大型企业集团主导,主要企业有中航工业、航发动力与中直股份等;无人机领域主要企业有大疆、中航无人机与航天彩虹等。

2.2 新能源产业为低空经济快速崛起提供强劲支持

低空经济产业链可分为上游、中游和下游3个部分。上游包括研发体系、原材料及核心零部件领域。 研发体系包括各种工业软件,原材料包括钢材、铝合金、高分子材料等,核心零部件包括芯片、电池、电机等。中游包括低空产品、载荷与地面系统。下游是低空经济与各种产业的融合。

上游原材料及核心零部件环节,低空飞行器需使用锂、镍、钴等金属元素,而新能源产业上游矿业公司经多年高速发展,供应体系完善,各细分领域分工明确,产能充足。电池及动力系统是低空飞行器核心部件,得益于新能源产业的多年发展,中国电池和电机、电控技术全球领先,可规模化迁移至低空飞行器产业链。以电动化为例,新能源汽车在电池、电机、 电控等领域积累的技术优势可迁移至eVTOL(Electric Vertical Take-off and Landing,电动垂直起降航空器)等电动航空器,相关基础配套、补贴措施和制度建设亦有较好的经验能够借鉴,在先进产业基础上低空经济项目有望更好更快落地。

3 绿色化与电动化是产业耦合的内生动力

3.1 绿色化:促进绿色航空目标实现

2021年12月,中国民用航空局相继发布《“十四五”民用航空发展规划》《“十四五”民航绿色发展专项规划》,将建设“绿色航空”作为中国航空运输业发展的主要目标之一。

新能源飞行器改变了传统飞行器的设计思路,从绿色环保和高效节能理念出发,极大地提高了飞行器的环保性、舒适性及经济性,代表了飞行器技术的发展方向。电动飞机可减少49%~88%的CO2排放量(电池生产过程中的碳排放也计算在内)。

以eVTOL为代表的城市空运发展迅速,是绿色航空的重要体现。将氢能应用于新型低空飞行器有助于加快实现零碳排放飞行,还能利用压缩氢能的高能量密度优势。因此,氢燃料电池推进是航空碳减排的重点研究方向。

3.2 电动化:低空经济技术创新的重要任务

从政策层面看,2024年3月颁布的《通用航空装备创新应用实施方案(2024—2030年)》提出的重点任务之一是“以电动化为主攻方向,兼顾混合动力、氢动力、可持续燃料动力等技术路线,加快航空电推进技术突破和升级”。

从技术及应用层面看,新能源推进技术具有节能减排和降噪等多重优点,是航空业未来的主要发展方向。由中航通用飞机有限责任公司自主研制的AG60E 电动飞机已完成首次飞行,为电动飞机产品开发和现役固定翼飞机电动化改装积累了经验。

4 新能源产业与低空经济跨界耦合的主要模式

4.1 低空经济扩容储能新市场

4.1.1 新市场推动航空电池企业再起飞

eVTOL电池价值高,且是易耗品,空间潜力大。根据摩根士丹利预计,全球eVTOL行业市场规模2030年达3×1011美元,按照10%的比例计算,由此带动的全球动力电池市场规模约3×1010美元。根据国联证券测算,至2030年中国eVTOL累计电池需求量为3.9 GW·h, 按照电池电价3 000元/(kW·h)计算,前装市场空间超百亿元。在此巨大蓝海市场刺激下,国内以宁德时代、 国轩高科为代表的先入头部企业纷纷在电动航空电池领域进行深度布局。

现有技术水平背景下,倍率性能对循环寿命的制约将推动eVTOL电池向耗材方向转变,较高的更换频率或有望衍生出更为庞大的eVTOL电池市场,布局相关产业链的厂商也有望因此迎来更大发展空间。

4.1.2 应用新要求驱动动力电池技术固态化升级

在eVTOL等低空交通工具中,电池直接影响续航里程、飞行速度、载重能力等关键指标,还需满足 “三高一快”的要求,即高安全性、高能量密度、高功率和快充。《绿色航空制造业发展纲要(2023—2035 年)》已明确提出满足电动航空器使用需求和适航要求的400 W·h/kg级航空锂电池产品投入量产。

目前固态电池的能量密度在400 W·h/kg以上且放电倍率性能优异,最新实验室固态电池产品已可达5C (C为电池充放电能力倍率)6 000次循环。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。

4.2 氢能与低空经济共筑绿色航空新跑道

4.2.1 政策导向

2022年3月,国家发展改革委、国家能源局联合印发《氢能产业发展中长期规划(2021—2035年)》, 明确提出“积极探索燃料电池在船舶、航空器等领域的应用,推动大型氢能航空器研发”。未来5年国内氢燃料电池无人机保有量有望超3×104架。

2023年10月,工业和信息化部等四部门发布《绿色航空制造业发展纲要(2023—2035年)》,提出到 2025年,电动通航飞机投入商业应用,eVTOL实现试点运行,氢能源飞机关键技术完成可行性验证。

4.2.2 技术优势

锂电池与燃料电池组并联提供混合动力,不但可以弥补燃料电池系统功率密度低的不足,而且可以解决锂电池能量密度较低的问题,延长续航里程。

4.2.3 商业化运用

受技术挑战、基础设施不健全、政策法规不完善等限制,氢锂混动和氢燃料电池民用航空器推进缓慢, 中国已有产品布局的公司包括氢航科技(非上市)及亿维特等。

4.3 低空经济支撑光伏全周期精细化运作

4.3.1 低空经济助力光伏电站全周期高效精准运作

在全球能源低碳化转型过程中,光伏发电发挥着越来越重要的作用。以往检测方法以人工巡检为主, 这种方法在巡检异常状态光伏组件时存在定位难度大、 工作效率不理想及运维成本难以控制等不足。

为了有效提高工作效率,需将运行维护成本控制在合理范围内,提高光伏发电运维质量。基于能源互联网及大数据等相关技术的支持,智能化巡检运维手段应运而生,与传统人工巡检相比具有以下优势。

1)高效快速。无人机光伏巡检可大幅度减少巡检

时间和人力成本,同时无需对光伏电站进行停电维护, 降低了光伏电站的经济损失。

2)安全可靠。传统光伏巡检需要人员进入电站内部,存在一定的安全风险。而无人机光伏巡检可避免人员进入危险区域,保障了工作人员的安全。

3)数据准确。无人机光伏巡检可通过高清摄像头、红外传感器等设备对光伏设备进行全面准确检测, 可及时发现并处理设备的故障和缺陷。

4.3.2 光伏电源为低空经济基础设备提供清洁能源

光伏电源可为无人机充电站提供清洁能源,尤其在偏远地区或缺乏电力基础设施的地方,光伏电源可为无人机提供充电服务,促进无人机的广泛应用。

发展低空经济需要建设大量的通信基站,特别是在偏远地区。光伏电源可为这些基站提供稳定电力, 降低了对传统电网的依赖程度。

光伏供电低空设备促进了分布式能源管理解决方案的发展。这些解决方案可以优化能源使用,提高能源利用效率。

低空经济与光伏产业的影响是双向的,体现在技术应用、能源供应、绿色经济和市场需求等方面。两者的协同发展不仅可以提高光伏电站的运行效率和经济效益,还有利于环境保护与可持续发展。

4.4 发展趋势

实现净零碳排放已逐渐成为全球共识。“双碳” 目标下,绿色化推动电动化,新能源与低空经济耦合发展是必然趋势。

受低空经济和航空行业减排的双重推动,电动飞机成为一种趋势。作为电动航空的重要组成部分,eVTOL 行业将快速崛起。全球eVTOL行业市场规模2025年将达到3.5×1010美元,2030年增至3×1011美元。

柔性太阳能电池、高效氢燃料电池、绿色能源动力改装、光储氢混合能源无人机等方面的技术突破是未来新能源产业与低空经济耦合的关键。

5 结束语

新能源产业与低空经济跨界耦合发展模式的产生充分印证了“新质生产力就是绿色生产力”的创新理论。随着航空业绿色化、电动化趋势的推进以及政策驱动,该模式已在业界得到成功应用。低空经济的发展对新型储能电池固态化升级、光伏产业从存量投入转向全周期精准运作以及氢燃料电池的应用提出了更高要求,为新能源产业先入企业产业升级提供了新机遇,同时技术创新也为低空经济的加速产业化提供了新动能。

新能源产业与低空经济跨界耦合是一种发展模式的创新,体现了经济与环境的协同共生。随着政策落地、基础设施完善和市场认知度提升,该模式将得到更广泛的应用。

随着全球对净零碳排放逐步形成共识,新能源与低空经济的深度结合不仅促使全球航空业高度关注 SAF(Sustainable Aviation Fuel,可持续航空燃料)发展以及eVTOL崛起,还有望在柔性太阳能电池、高效氢燃料电池、无人机绿色动力系统等关键技术方面取得突破。