近期,浙大城市學(xué)院與北京伯肯節(jié)能科技股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱“北京伯肯”)合作,成功試飛國(guó)內(nèi)首架氫燃料電池增程式電動(dòng)飛行汽車。這款飛行汽車采用氫電混合動(dòng)力系統(tǒng),本次試飛實(shí)現(xiàn)了超過(guò)60公里的滿載航程,證明其性能非常適合城市短途通勤。據(jù)悉,相關(guān)氫能技術(shù)在國(guó)內(nèi)大型飛行汽車領(lǐng)域的應(yīng)用尚屬首次。
氫能,清潔高效,潛力無(wú)限,其開(kāi)發(fā)與利用已經(jīng)成為新一輪世界能源變革的重要方向。為落實(shí)《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長(zhǎng)期規(guī)劃(2021-2035年)》,工業(yè)和信息化部、國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局于2024年12月30日聯(lián)合發(fā)布實(shí)施《加快工業(yè)領(lǐng)域清潔低碳?xì)鋺?yīng)用實(shí)施方案》(以下簡(jiǎn)稱《實(shí)施方案》)?!秾?shí)施方案》聚焦清潔低碳?xì)涮娲瑲淙剂想姵仄?,氫?dòng)力船舶、航空、軌道交通裝備等應(yīng)用場(chǎng)景,系統(tǒng)化提出30項(xiàng)具體工作任務(wù)。
另?yè)?jù)中國(guó)氫能聯(lián)盟研究院統(tǒng)計(jì),全國(guó)有23?。▍^(qū)、市)把氫能寫入2025年政府工作報(bào)告,將發(fā)展氫能作為能源經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展的重要方向。
在低空經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的背景下,氫能驅(qū)動(dòng)在低空飛行器領(lǐng)域的應(yīng)用展露出廣闊前景。低空經(jīng)濟(jì)和以氫能為代表的先進(jìn)能源都是新興產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)培育方向,“氫能+低空”或?qū)⒃诤艽蟪潭壬现厮艹鞘薪煌ā?/p>
信達(dá)證券分析,飛行汽車和汽車產(chǎn)業(yè)鏈契合度較高,我國(guó)在飛機(jī)及新能源汽車領(lǐng)域積累的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)和產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢(shì)有望規(guī)模化轉(zhuǎn)移至飛行汽車領(lǐng)域。
氫能汽車在2024年迎來(lái)多個(gè)政策利好,氫內(nèi)燃機(jī)和氫燃料電池成為氫能汽車的發(fā)展技術(shù)路線。
從政策層面看,2024年7月印發(fā)的《中共中央 國(guó)務(wù)院關(guān)于加快經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型的意見(jiàn)》明確提出,推進(jìn)氫能“制儲(chǔ)輸用”全鏈條發(fā)展。在 2025年1月1日起施行的《中華人民共和國(guó)能源法》中,氫能首次被明確納入能源管理體系,這一變革對(duì)航空產(chǎn)業(yè)尤其是電動(dòng)航空產(chǎn)業(yè)意義深遠(yuǎn)。
過(guò)去,在公眾認(rèn)知中,氫可能代表著爆炸和危險(xiǎn)。如今,氫能在國(guó)家文件中得到“正名”,氫能飛行器的命運(yùn)也由此發(fā)生轉(zhuǎn)變??梢灶A(yù)見(jiàn)的是,在政策持續(xù)推動(dòng)下,隨著制氫、用氫端束縛的逐步減輕,相關(guān)企業(yè)對(duì)于氫能飛行器業(yè)務(wù)的投入和開(kāi)拓會(huì)變得更加大膽與順暢。在不斷的技術(shù)提升與應(yīng)用拓展中,“氫能+低空”場(chǎng)景的示范成績(jī)會(huì)被更多人看到。政策鼓勵(lì),社會(huì)歡迎,這一領(lǐng)域勢(shì)必迎來(lái)廣闊的發(fā)展空間。
浙大城市學(xué)院與北京伯肯合作的這款飛行汽車全名是“氫燃料電池增程式電動(dòng)飛行汽車”。作為一款氫能電動(dòng)垂直起降飛行器(eVTOL),其起飛方式與直升機(jī)相似,無(wú)需長(zhǎng)跑道即可實(shí)現(xiàn)垂直起降。
“這款飛行汽車搭載了創(chuàng)新的氫電混合動(dòng)力系統(tǒng),該系統(tǒng)融合氫燃料電池的高能量密度和電動(dòng)系統(tǒng)的環(huán)保特性,賦予了飛行汽車卓越的性能和續(xù)航力。滿載狀態(tài)下,其最大航程可超過(guò)60公里?!北本┎瞎?jié)能科技股份有限公司董事長(zhǎng)徐煥恩告訴《瞭望東方周刊》。
信達(dá)證券分析,飛行汽車和汽車產(chǎn)業(yè)鏈契合度較高,我國(guó)在飛機(jī)及新能源汽車領(lǐng)域積累的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)和產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢(shì)有望規(guī)模化轉(zhuǎn)移至飛行汽車領(lǐng)域。摩根士丹利預(yù)測(cè),至2050年,飛行汽車的全球市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)9萬(wàn)億美元(約合65萬(wàn)億元人民幣),而中國(guó)潛在市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)2.1萬(wàn)億美元(約合15萬(wàn)億元人民幣)。
目前,90%以上低空飛行器都采用鋰電池。和鋰電池相比,氫燃料電池有其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。
浙大城市學(xué)院特聘教授張新豐向《瞭望東方周刊》介紹,氫燃料電池的能量密度遠(yuǎn)高于鋰電池,在相同重量情況下,氫燃料電池可以為低空飛行器提供更長(zhǎng)的續(xù)航里程,滿足一些對(duì)飛行距離要求較高的應(yīng)用場(chǎng)景,如跨區(qū)域運(yùn)輸?shù)取?/p>
在備受關(guān)注的城市空中交通領(lǐng)域,氫燃料電池可用于電動(dòng)垂直起降飛行器(eVTOL)的動(dòng)力系統(tǒng),解決其續(xù)航里程短的問(wèn)題,使其能夠?qū)崿F(xiàn)更遠(yuǎn)距離的城市間或城市內(nèi)快速運(yùn)輸,緩解地面交通壓力,提高城市交通的效率和便捷性。
2024年,純電動(dòng)垂直起降飛機(jī)制造商——美國(guó)Joby公司的2.5噸級(jí)水冷液氫動(dòng)力傾轉(zhuǎn)翼eVTOL S4首飛,飛行距離達(dá)到841公里,遠(yuǎn)高于純電動(dòng)力eVTOL最大續(xù)航里程。
氫燃料電池能量密度高,意味著同樣體積的電池能夠存儲(chǔ)更多的能量,因此可減少飛行器上電池的總重量,進(jìn)而提高飛行器的載荷能力和飛行效率,這對(duì)于一些需要攜帶較多載荷的低空飛行器來(lái)說(shuō)尤為重要。
“氫燃料電池的加氫時(shí)間僅需幾分鐘,在工業(yè)無(wú)人機(jī)上也可以采用快換式緊固件鏈接方式,更換時(shí)間也很短;鋰電池的充電時(shí)間通常較長(zhǎng),即使采用快充技術(shù),也需要幾十分鐘甚至更長(zhǎng)時(shí)間才能充滿電。在低空飛行器的運(yùn)營(yíng)中,快速充能可顯著提高飛行器使用效率,減少因充電等待而造成的運(yùn)營(yíng)時(shí)間損失,尤其適合于高頻次起降的飛行任務(wù),如城市空中交通中的短途運(yùn)輸?shù)??!睆埿仑S說(shuō),“氫燃料電池在低溫環(huán)境下表現(xiàn)出色,-40℃仍可自啟動(dòng),而鋰電池在-20℃以下就無(wú)法充電且里程損失可能高達(dá)30%。低空飛行器在一些寒冷地區(qū)或高海拔地區(qū)運(yùn)行時(shí),經(jīng)常會(huì)面臨低溫環(huán)境的挑戰(zhàn),氫燃料電池的這一優(yōu)勢(shì)使其能夠更好地適應(yīng)這些惡劣條件,保證飛行器的正常啟動(dòng)和穩(wěn)定運(yùn)行,確保任務(wù)順利完成?!?/p>
氫能無(wú)人機(jī)憑借顯著優(yōu)勢(shì),在長(zhǎng)距離大載重的物流配送、綜合應(yīng)急救援、大范圍基礎(chǔ)設(shè)施巡檢、地理測(cè)繪與林業(yè)安防等低空領(lǐng)域均適用。“氫能+低空”雙重藍(lán)海賽道,有望構(gòu)成一個(gè)新增長(zhǎng)極。
2025年1月18日至19日,黑龍江省交通運(yùn)輸廳會(huì)同黑龍江省郵政分公司在大興安嶺地區(qū)開(kāi)展無(wú)人機(jī)高寒地區(qū)測(cè)試飛行,飛行路線為加格達(dá)奇至新林,室外溫度低至-35℃,執(zhí)飛機(jī)型為協(xié)氫氫能無(wú)人機(jī)“擎天H100”。大興安嶺地區(qū)位于我國(guó)最北端,大部分地區(qū)都是原始森林,人煙稀少,冬季嚴(yán)寒,晝短夜長(zhǎng),對(duì)于包裹寄遞來(lái)說(shuō)可謂“難上加難”。據(jù)大興安嶺郵政無(wú)人機(jī)操作員小宇介紹,在大興安嶺地區(qū)使用的氫能無(wú)人機(jī)最大起飛重量達(dá)到100公斤,飛行時(shí)間達(dá)3個(gè)小時(shí),飛行半徑50公里,具備在高寒環(huán)境下穩(wěn)定飛行的性能。
“擎天H100”目前已廣泛應(yīng)用于吊運(yùn)、光伏板清洗、玻璃幕墻清洗、噴灑、物流運(yùn)輸、醫(yī)療物資運(yùn)輸、消防滅火、巡檢等領(lǐng)域。
張新豐表示,由于目前氫動(dòng)力系統(tǒng)(包含燃料電池和儲(chǔ)氫系統(tǒng))還存在轉(zhuǎn)換效率不高、綜合能量密度和可靠性還需進(jìn)一步提升等問(wèn)題,一些低空企業(yè)選擇了氫燃料電池/氫鋰耦合技術(shù)路線。這種技術(shù)路線結(jié)合了氫燃料電池的高能量密度和鋰電池的高功率密度,使得動(dòng)力系統(tǒng)在不同飛行階段下能夠承擔(dān)不同的負(fù)載,從而提高整個(gè)系統(tǒng)的效率和性能。例如,eVTOL在懸停、爬升、巡航、降落過(guò)程中對(duì)功率要求不同,而氫燃料電池與鋰電池的混合動(dòng)力系統(tǒng)能夠更好地滿足這些需求。
2025年1月9日,中國(guó)成功完成全球首架噸級(jí)風(fēng)冷液氫動(dòng)力混合動(dòng)力傾轉(zhuǎn)翼eVTOL試飛,標(biāo)志著我國(guó)在低空經(jīng)濟(jì)和氫能航空領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)重要突破。
這款eVTOL起飛總重約680公斤,載重能力120至160公斤,搭載液氫燃料儲(chǔ)存系統(tǒng)和高效風(fēng)冷燃料電池系統(tǒng),在輕量化和高能效設(shè)計(jì)上達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。這款飛行器成功試飛,為解決低空經(jīng)濟(jì)續(xù)航難題提供了突破性方案,并填補(bǔ)了多項(xiàng)國(guó)內(nèi)外空白。
與新能源汽車類似,未來(lái)載人低空飛行器的智能化、無(wú)人化、交互性都將催生一大批場(chǎng)景創(chuàng)新。
與2024年美國(guó)Joby公司試飛的2.5噸級(jí)水冷液氫eVTOL相比,中國(guó)團(tuán)隊(duì)的風(fēng)冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)更緊湊輕便,避免了水冷系統(tǒng)復(fù)雜結(jié)構(gòu)和重量的劣勢(shì),大幅提升了航程和經(jīng)濟(jì)性。
“氫能+低空”的路徑不但助力飛行器技術(shù)獲得一系列突破,還在推動(dòng)儲(chǔ)能革命、能源革命、城市交通革命方面顯示出更多可能。
“北京伯肯有豐富的氫儲(chǔ)能經(jīng)驗(yàn),我們?cè)?022年冬奧會(huì)承擔(dān)了儲(chǔ)氫和供氫任務(wù),為低空經(jīng)濟(jì)發(fā)展打下了一定基礎(chǔ)。未來(lái)我們將進(jìn)一步解決氫能搭載到飛機(jī)上的安全性、供應(yīng)保障等問(wèn)題。這次試飛演示是一小步,也是將來(lái)一大步的基礎(chǔ),發(fā)展‘氫能+低空’不僅有經(jīng)濟(jì)價(jià)值,還有更高的科技價(jià)值。”徐煥恩說(shuō),“低空飛行器不管用氫能還是用電池,都是對(duì)能源協(xié)作發(fā)展的有益嘗試,這樣的嘗試越多,‘氫能+低空’產(chǎn)業(yè)鏈上就會(huì)出現(xiàn)更多科技進(jìn)步成果?!?/p>
業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為,氫燃料電池在低空領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,對(duì)于產(chǎn)業(yè)鏈上游的氫氣生產(chǎn)、儲(chǔ)存和運(yùn)輸,中游的氫燃料電池制造,以及下游的飛行器制造等環(huán)節(jié)都將帶來(lái)新的發(fā)展機(jī)遇?!皻淠?低空”有望形成完整的產(chǎn)業(yè)鏈,不斷降低生產(chǎn)成本,提高生產(chǎn)效率,推動(dòng)氫燃料飛行器實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化。
“2024年以來(lái),多個(gè)地方都在規(guī)劃發(fā)展‘氫能+低空’相關(guān)產(chǎn)業(yè)。比如,張掖經(jīng)開(kāi)區(qū)規(guī)劃建設(shè)了氫能·零碳產(chǎn)業(yè)園,為助推‘零碳’城市建設(shè)作出積極貢獻(xiàn)。產(chǎn)業(yè)園將促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的集聚和發(fā)展,提高城市的產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力,同時(shí)也為城市創(chuàng)造更多的就業(yè)機(jī)會(huì)和經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)?!睆埿仑S說(shuō),“氫動(dòng)力飛行器的應(yīng)用將帶動(dòng)飛行器制造、技術(shù)研發(fā)、運(yùn)營(yíng)服務(wù)等多產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展,推動(dòng)傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)轉(zhuǎn)型。例如,制造飛機(jī)的大型國(guó)企可以研究低空飛行物,做太陽(yáng)能電站維護(hù)與檢測(cè)的企業(yè)可以考慮用無(wú)人機(jī)拓展太陽(yáng)能電站清洗業(yè)務(wù)。這種多產(chǎn)業(yè)融合的發(fā)展模式將為城市帶來(lái)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)動(dòng)力?!?/p>
此外,與新能源汽車類似,未來(lái)載人低空飛行器的智能化、無(wú)人化、交互性都將催生一大批場(chǎng)景創(chuàng)新。
“低空飛行器在空中飛行,機(jī)艙內(nèi)非常熱,需要空調(diào);飛控系統(tǒng)要可視化,民用載人飛行器里還要有娛樂(lè)設(shè)施,還要解決機(jī)艙內(nèi)的噪音問(wèn)題,為乘客提供更舒適的體驗(yàn)……這些都需要電能供給,都是氫能發(fā)展的機(jī)遇?!毙鞜ǘ髡f(shuō)。
低空經(jīng)濟(jì)作為戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè),正通過(guò)技術(shù)創(chuàng)新和政策驅(qū)動(dòng)重塑城市基礎(chǔ)設(shè)施,推動(dòng)城市交通向智能化、立體化方向轉(zhuǎn)型?!皻淠?低空”能將低空基礎(chǔ)設(shè)施與城市已有的氫能供給、加注設(shè)施聯(lián)動(dòng),催生新產(chǎn)業(yè)生態(tài)。張新豐認(rèn)為,隨著氫動(dòng)力飛行器的發(fā)展,城市需要建設(shè)更多的加氫站來(lái)滿足其能源補(bǔ)給需求。
2024年6月,北京市首座商用液氫加氫站在大興機(jī)場(chǎng)臨空區(qū)大興片區(qū)正式開(kāi)工建設(shè),預(yù)計(jì)2025年內(nèi)投入運(yùn)營(yíng),屆時(shí)預(yù)計(jì)每天可為約300輛氫燃料電池商用車提供氫能加注服務(wù)?!拔磥?lái),類似的加氫站將越來(lái)越多地出現(xiàn)在城市中,形成更加完善的加氫網(wǎng)絡(luò),為氫動(dòng)力飛行器以及其他氫能交通工具提供便捷的能源補(bǔ)給?!睆埿仑S說(shuō)。
為了滿足氫動(dòng)力飛行器的起降需求,城市需要規(guī)劃和建設(shè)更多的通用機(jī)場(chǎng)、臨時(shí)起降場(chǎng)地、起降點(diǎn)等地面保障設(shè)施。
例如,安徽省計(jì)劃到2025年建設(shè)10個(gè)左右通用機(jī)場(chǎng)和150個(gè)左右臨時(shí)起降場(chǎng)地、起降點(diǎn),到2027年建設(shè)20個(gè)左右通用機(jī)場(chǎng)和500個(gè)左右臨時(shí)起降場(chǎng)地、起降點(diǎn)。這些起降場(chǎng)地的建設(shè)將完善城市的低空交通網(wǎng)絡(luò),促進(jìn)包括氫動(dòng)力飛行器在內(nèi)的低空飛行器在城市間的高效運(yùn)行。
徐煥恩十分看好從郊區(qū)到市中心,都市圈以及灣區(qū)范圍內(nèi)的跨區(qū)域飛行場(chǎng)景?!暗涂诊w行,將極大縮短偏遠(yuǎn)地區(qū)與一線城市、東部發(fā)達(dá)地區(qū)的‘距離’。比如,未來(lái)內(nèi)蒙古的居民可以坐著低空飛行器來(lái)北京看病,一個(gè)多小時(shí)就能到?!?/p>
隨著“氫能+低空”的發(fā)展,西部富氫地區(qū)或?qū)⒂瓉?lái)歷史性發(fā)展契機(jī)?!爸袊?guó)的氫能資源主要在西部地區(qū),氫能需求主要在東部地區(qū),而低空經(jīng)濟(jì)能夠串起光伏、氫能等新能源產(chǎn)業(yè)鏈。在西部,以光伏發(fā)電直接制綠氫并儲(chǔ)存,就會(huì)形成風(fēng)能特色城鎮(zhèn),這給了西部地區(qū)一個(gè)新的發(fā)展機(jī)會(huì)。”徐煥恩說(shuō)。
(作者張靜系《瞭望東方周刊》低空經(jīng)濟(jì)工作室主任)