新質生產力下新能源產業與低空經濟跨界耦合發展

區別于傳統生產力,新質生產力需由更多運用新技術的新產業承載,與新產業存在緊密關系。新能源產業依托技術和裝備創新不斷發展,改變了依賴化石能源的傳統發展方式,為推動能源清潔低碳轉型、經濟社會綠色發展和應對氣候變化注入強勁新動能。

低空經濟以程序設計者、無人機飛手為新勞動者, 以空域資源、新材料和新能源為新勞動對象,以航空器、數據通信、自動控制及遙控等技術手段為新勞動工具,是新質生產力的典型代表。

新能源產業與低空經濟的跨界耦合是“新質生產力就是綠色生產力”理論的充分體現。這種“新能源+ 低空經濟”的耦合模式源于國家政策推動,通過光儲氫技術創新加速低空經濟商業化進程,同時為新能源產業先入頭部企業創造了新的增長空間和發展模式。

1 產業跨界耦合發展的理論基礎

1.1 新質生產力就是綠色生產力

為實現“雙碳”目標,光伏、儲能和氫能等新能源產業成為綠色生產力的重要載體。低空經濟作為新增長引擎和國家戰略性新興產業之一,與新能源產業關系密切,相互驅動,互為支撐。

新質生產力本身就是綠色生產力,綠色生產力是支撐綠色發展的生產力。新質生產力為綠色發展提供了技術支持和推動力,綠色發展也對新質生產力的發展提出了更高的要求,并指明了發展方向。

綠色生產力注重發展的持續性。科技創新,特別是綠色技術的創新,不僅為經濟發展提供了新機遇和新動能,也為降低能耗、提升效率開辟了新路徑。

1.2 新能源產業與低空經濟的耦合點

新能源產業與低空經濟的耦合點主要如下。

1)新能源基礎設施建設。低空飛行器可用于新能源項目選址和規劃。利用無人機進行地形勘測和環境評估,可以更科學地選擇風電場或太陽能電站的建設地點。在新能源基礎設施的建設過程中,低空飛行器可輔助施工,運輸小型設備和材料,監控施工進度, 確保工程質量和安全。

2)新能源驅動。低空飛行器可將太陽能電池、鋰電池、氫燃料電池等新能源作為動力來源,不僅延長了續航時間,還降低了對傳統能源的依賴,符合可持續發展理念,有利于“雙碳”目標的實現。

3)綠色物流。低空飛行器在物流和配送領域的應用,可降低該領域對化石燃料的依賴,減少碳排放, 實現綠色物流。

4)環境保護與監測。低空飛行器可用于監測環境污染、森林火災、水資源等,幫助新能源產業更好地開展環境保護工作。例如可利用無人機監測風電場周圍生態環境,保障新能源項目可持續性。

2 市場需求是產業耦合的外部驅動力

2.1 低空經濟巨大增長潛力為新能源產業創造新機遇

低空經濟作為新質生產力代表之一,具有產業鏈條長、輻射面廣、成長性和帶動性強等特點。

從競爭態勢來看,通用航空是低空經濟的主體產業,無人機產業是低空經濟的主導產業。通用航空領域主要由航空領域的國有大型企業集團主導,主要企業有中航工業、航發動力與中直股份等;無人機領域主要企業有大疆、中航無人機與航天彩虹等。

2.2 新能源產業為低空經濟快速崛起提供強勁支持

低空經濟產業鏈可分為上游、中游和下游3個部分。上游包括研發體系、原材料及核心零部件領域。 研發體系包括各種工業軟件,原材料包括鋼材、鋁合金、高分子材料等,核心零部件包括芯片、電池、電機等。中游包括低空產品、載荷與地面系統。下游是低空經濟與各種產業的融合。

上游原材料及核心零部件環節,低空飛行器需使用鋰、鎳、鈷等金屬元素,而新能源產業上游礦業公司經多年高速發展,供應體系完善,各細分領域分工明確,產能充足。電池及動力系統是低空飛行器核心部件,得益于新能源產業的多年發展,中國電池和電機、電控技術全球領先,可規模化遷移至低空飛行器產業鏈。以電動化為例,新能源汽車在電池、電機、 電控等領域積累的技術優勢可遷移至eVTOL(Electric Vertical Take-off and Landing,電動垂直起降航空器)等電動航空器,相關基礎配套、補貼措施和制度建設亦有較好的經驗能夠借鑒,在先進產業基礎上低空經濟項目有望更好更快落地。

3 綠色化與電動化是產業耦合的內生動力

3.1 綠色化:促進綠色航空目標實現

2021年12月,中國民用航空局相繼發布《“十四五”民用航空發展規劃》《“十四五”民航綠色發展專項規劃》,將建設“綠色航空”作為中國航空運輸業發展的主要目標之一。

新能源飛行器改變了傳統飛行器的設計思路,從綠色環保和高效節能理念出發,極大地提高了飛行器的環保性、舒適性及經濟性,代表了飛行器技術的發展方向。電動飛機可減少49%~88%的CO2排放量(電池生產過程中的碳排放也計算在內)。

以eVTOL為代表的城市空運發展迅速,是綠色航空的重要體現。將氫能應用于新型低空飛行器有助于加快實現零碳排放飛行,還能利用壓縮氫能的高能量密度優勢。因此,氫燃料電池推進是航空碳減排的重點研究方向。

3.2 電動化:低空經濟技術創新的重要任務

從政策層面看,2024年3月頒布的《通用航空裝備創新應用實施方案(2024—2030年)》提出的重點任務之一是“以電動化為主攻方向,兼顧混合動力、氫動力、可持續燃料動力等技術路線,加快航空電推進技術突破和升級”。

從技術及應用層面看,新能源推進技術具有節能減排和降噪等多重優點,是航空業未來的主要發展方向。由中航通用飛機有限責任公司自主研制的AG60E 電動飛機已完成首次飛行,為電動飛機產品開發和現役固定翼飛機電動化改裝積累了經驗。

4 新能源產業與低空經濟跨界耦合的主要模式

4.1 低空經濟擴容儲能新市場

4.1.1 新市場推動航空電池企業再起飛

eVTOL電池價值高,且是易耗品,空間潛力大。根據摩根士丹利預計,全球eVTOL行業市場規模2030年達3×1011美元,按照10%的比例計算,由此帶動的全球動力電池市場規模約3×1010美元。根據國聯證券測算,至2030年中國eVTOL累計電池需求量為3.9 GW·h, 按照電池電價3 000元/(kW·h)計算,前裝市場空間超百億元。在此巨大藍海市場刺激下,國內以寧德時代、 國軒高科為代表的先入頭部企業紛紛在電動航空電池領域進行深度布局。

現有技術水平背景下,倍率性能對循環壽命的制約將推動eVTOL電池向耗材方向轉變,較高的更換頻率或有望衍生出更為龐大的eVTOL電池市場,布局相關產業鏈的廠商也有望因此迎來更大發展空間。

4.1.2 應用新要求驅動動力電池技術固態化升級

在eVTOL等低空交通工具中,電池直接影響續航里程、飛行速度、載重能力等關鍵指標,還需滿足 “三高一快”的要求,即高安全性、高能量密度、高功率和快充。《綠色航空制造業發展綱要(2023—2035 年)》已明確提出滿足電動航空器使用需求和適航要求的400 W·h/kg級航空鋰電池產品投入量產。

目前固態電池的能量密度在400 W·h/kg以上且放電倍率性能優異,最新實驗室固態電池產品已可達5C (C為電池充放電能力倍率)6 000次循環。業內已有多家廠商積極推動(半)固態/鋰金屬電池在eVTOL領域的應用。

4.2 氫能與低空經濟共筑綠色航空新跑道

4.2.1 政策導向

2022年3月,國家發展改革委、國家能源局聯合印發《氫能產業發展中長期規劃(2021—2035年)》, 明確提出“積極探索燃料電池在船舶、航空器等領域的應用,推動大型氫能航空器研發”。未來5年國內氫燃料電池無人機保有量有望超3×104架。

2023年10月,工業和信息化部等四部門發布《綠色航空制造業發展綱要(2023—2035年)》,提出到 2025年,電動通航飛機投入商業應用,eVTOL實現試點運行,氫能源飛機關鍵技術完成可行性驗證。

4.2.2 技術優勢

鋰電池與燃料電池組并聯提供混合動力,不但可以彌補燃料電池系統功率密度低的不足,而且可以解決鋰電池能量密度較低的問題,延長續航里程。

4.2.3 商業化運用

受技術挑戰、基礎設施不健全、政策法規不完善等限制,氫鋰混動和氫燃料電池民用航空器推進緩慢, 中國已有產品布局的公司包括氫航科技(非上市)及億維特等。

4.3 低空經濟支撐光伏全周期精細化運作

4.3.1 低空經濟助力光伏電站全周期高效精準運作

在全球能源低碳化轉型過程中,光伏發電發揮著越來越重要的作用。以往檢測方法以人工巡檢為主, 這種方法在巡檢異常狀態光伏組件時存在定位難度大、 工作效率不理想及運維成本難以控制等不足。

為了有效提高工作效率,需將運行維護成本控制在合理范圍內,提高光伏發電運維質量。基于能源互聯網及大數據等相關技術的支持,智能化巡檢運維手段應運而生,與傳統人工巡檢相比具有以下優勢。

1)高效快速。無人機光伏巡檢可大幅度減少巡檢

時間和人力成本,同時無需對光伏電站進行停電維護, 降低了光伏電站的經濟損失。

2)安全可靠。傳統光伏巡檢需要人員進入電站內部,存在一定的安全風險。而無人機光伏巡檢可避免人員進入危險區域,保障了工作人員的安全。

3)數據準確。無人機光伏巡檢可通過高清攝像頭、紅外傳感器等設備對光伏設備進行全面準確檢測, 可及時發現并處理設備的故障和缺陷。

4.3.2 光伏電源為低空經濟基礎設備提供清潔能源

光伏電源可為無人機充電站提供清潔能源,尤其在偏遠地區或缺乏電力基礎設施的地方,光伏電源可為無人機提供充電服務,促進無人機的廣泛應用。

發展低空經濟需要建設大量的通信基站,特別是在偏遠地區。光伏電源可為這些基站提供穩定電力, 降低了對傳統電網的依賴程度。

光伏供電低空設備促進了分布式能源管理解決方案的發展。這些解決方案可以優化能源使用,提高能源利用效率。

低空經濟與光伏產業的影響是雙向的,體現在技術應用、能源供應、綠色經濟和市場需求等方面。兩者的協同發展不僅可以提高光伏電站的運行效率和經濟效益,還有利于環境保護與可持續發展。

4.4 發展趨勢

實現凈零碳排放已逐漸成為全球共識?！?a href="http://www.kjzi.cn/t/雙碳.html" >雙碳” 目標下,綠色化推動電動化,新能源與低空經濟耦合發展是必然趨勢。

受低空經濟和航空行業減排的雙重推動,電動飛機成為一種趨勢。作為電動航空的重要組成部分,eVTOL 行業將快速崛起。全球eVTOL行業市場規模2025年將達到3.5×1010美元,2030年增至3×1011美元。

柔性太陽能電池、高效氫燃料電池、綠色能源動力改裝、光儲氫混合能源無人機等方面的技術突破是未來新能源產業與低空經濟耦合的關鍵。

5 結束語

新能源產業與低空經濟跨界耦合發展模式的產生充分印證了“新質生產力就是綠色生產力”的創新理論。隨著航空業綠色化、電動化趨勢的推進以及政策驅動,該模式已在業界得到成功應用。低空經濟的發展對新型儲能電池固態化升級、光伏產業從存量投入轉向全周期精準運作以及氫燃料電池的應用提出了更高要求,為新能源產業先入企業產業升級提供了新機遇,同時技術創新也為低空經濟的加速產業化提供了新動能。

新能源產業與低空經濟跨界耦合是一種發展模式的創新,體現了經濟與環境的協同共生。隨著政策落地、基礎設施完善和市場認知度提升,該模式將得到更廣泛的應用。

隨著全球對凈零碳排放逐步形成共識,新能源與低空經濟的深度結合不僅促使全球航空業高度關注 SAF(Sustainable Aviation Fuel,可持續航空燃料)發展以及eVTOL崛起,還有望在柔性太陽能電池、高效氫燃料電池、無人機綠色動力系統等關鍵技術方面取得突破。