2024-11-20-中国航空工业发展研究中心-新能源飞行器发展白皮书（2024）_38页_3mb

新能源飞行器发展白皮书总结

1. 定义与分类

定义： 新能源飞行器以实现零碳排放为目标，使用电、氢能等新型能源减少化石能源依赖的飞行器，需满足温室气体减排、环境友好性、技术可行性和经济价值等条件。

分类：

• 按能源动力：
  • 电能飞行器： 依赖动力电池或太阳能电池提供能量，包括电动垂直起降(eVTOL)、支线飞机等。
  • 氢/氨能飞行器： 使用氢或氨作为燃料，包括氢燃料电池飞机、氢能动力支线飞机等。
  • 可持续航空燃料飞行器： 使用生物燃料等可持续航空燃料的飞机。
• 按应用场景：
  • 通航飞机： 城市空中交通、无人机、货运无人机等。
  • 干支线飞机： 支线、窄体、宽体干线飞机，未来将考虑氢涡轮或可持续燃料方案。

2. 发展驱动因素

（1）环境压力

• 航空业碳排放占全球总量20%-30%，未来将持续增长。
• 碳达峰、碳中和目标要求航空业加快实现绿色转型。

（2）国际竞争态势

• 美国、欧洲等已成体系布局新能源航空，禁用化石燃料的趋势渐显。
• 氢能技术快速采用，可持续航空燃料规模化生产已展开。

（3）内需驱动

• 国家政策支持：2025年将低空经济列为战略性新兴产业。
• 民生需求： 城市空中交通、无人机物流等新兴应用场景潜力巨大。

（4）基础设施配套

• 氢产业成熟： 宁德时代发布凝聚态电池，能量密度达500Wh/kg以上；中铝中锌等企业具备生产燃料基础。
• 试点推进： 亿航eVTOL获中国首张载人型号合格证，峰飞货运型取得吨级以上认证。
• 全球2025年实验机型数量近600个，资本密集度达370亿美元/年。

（5）政策扶持

• 国家和地方出台产业支持政策，鼓励产业低空经济孵化与规模化发展。

3. 新能源飞行器的发展规划

(1) 能源方案优势区间

• 低空应用（<50座）： 储能电池、氢燃料电池主导，需能量密度>500Wh/kg，5年左右进入规模化。
• 支线及干线（50-500座）： 能源方案包括氢/混合动力、可持续航空燃料，在2030-2035年逐步投入运营。
• 超大宽体飞机： 仅可持续航空燃料能满足当前位置需求，需拓新技术路径。

(2) 技术目标

• 电池系统：
  • 2030年：能量密度>550Wh/kg，循环寿命>4万次。
  • 2035年：全固态电池达商业化水平。
• 促推效率： 先进电推进系统效率达80%以上，2035年前完成热效率25%的目标衔接。

(3) 氢能应用路线

• 支线飞机氢能化路径：
  • 2025-2030：进行首飞，实现载客量>40座，航程>500公里。
  • 推进方式：燃料电池+储备电池，用液氢供能，“氢能一号”计划已完成初期设计。

4. 关键技术

1. 电推进技术

• 高功率电机： 永磁同步电机是当前主力，超导电机（效率可达95%）将在2040年左右规模化落地。
• 分布式电推进： 涵道风扇布置提升能效，功率密度>1,000kW/kg的高功率推进系统正在研发。

2. 燃料电池

• 功率密度>3kW/kg，2030年前完成氢电转化效率53%目标。
• 热管理问题：需主动换热系统，与储氢系统合用热量管理。

3. 氢燃料存储

• 轻量化液氢罐系统，需要特别结构支撑（翼身融合飞机设计是解决思路）。
• 国内液氢产能>1.2吨/天，尚在提升空间。

4. 能源集成管理

• 电池与燃料电池混合供电系统，根据场景需求优化燃料配置。
• 智能管理系统提升能源系统整体效能，实现多能源协同工作。

5. 发展措施

1. 强化战略规划

• 分阶段推进市场路线图：通航→支线→干线。
• 凭借产业配套优势，实现“电动超车”战略。

2. 加强技术创新

• 政府与军用、民企形成多元主体协同，包括：
  • 明确重点技术路径：如由电池驱动小型飞行器，氢能驱动支线飞机，持续探索可持续燃料融合方案。
  • 推动知识产权保护门槛与技术标准。

3. 推进低空产业化

• 低空开放战略： 推进行业级U-space平台建设。
• 开拓创新性应用场景：如城市空中出租车、工业级无人机配送等。

4. 掌握新能源航空话语权与国际标准

• 形成自主路径图，推动新能源适航标准制定。
• 参与IEC、EASA等国际标准化组织活动，提升标准话语权。

6. 当前市场与政策趋势

• 全球2025年实验机型数量近600个，预计三年后进入商用化。
• 到2026年全球市场规模为3700亿美元，低碳发展、政策激励和基础设施建设将是主要投资领域。
• 国内加速添加碳中和条件纳入航空工业核心，已出台支持低空经济及新能源航空政策。

结语

新能源飞行器作为航空“换道超车”的关键战场，需政、产、研多方协同推进。在政策、技术及配套设施完善的情况下，有望在2030年前迎来全球性商业化，推动中国航空产业进入绿色低碳发展新时代。