目标真零：为电池和氢动力飞行提供基础设施（英）

与麦肯锡公司合作实现真正的零目标：为电池和氢动力飞行提供基础设施W H I T E P P E RP R l 2 0 23 实现真正的零目标：为电池和氢动力飞行提供基础设施2图片:盖蒂图片社,Unsplash内容总结4介绍51基础设施转向替代推进91.1推进91.2基础设施132投资基金替代推进基础设施162.1推进162.2推进193提供替代推进合作基础设施223.1行业223.2行业23结论25引用26贡献者29尾注30免责声明本文发表的世界经济论坛是对项目、洞察领域或互动的贡献。本文所表达的调查结果、解释和结论是世界经济论坛推动和认可的合作过程的结果，但其结果不一定代表世界经济论坛的观点，也不代表其全体成员、合作伙伴或其他利益相关者的观点。© 2023年世界经济论坛。保留所有权利。不得以任何形式或任何方式（包括影印和录音）或任何信息存储和检索系统复制或传播本出版物的任何部分。 实现真正的零目标：为电池和氢动力飞行提供基础设施32023年4月实现真正的零目标：为电池和氢动力飞行提供基础设施前言罗宾·里德尔伙伴,麦肯锡公司佩德罗•戈麦斯头,气候,世界经济论坛航空业正处于其历史上的关键时刻。在过去的一个世纪里，它的影响是巨大的。在连接社区并帮助推动全球经济发展的过程中，航空业已融入我们全球化世界的结构中。然而，这些成果对我们的环境和气候危机产生了影响。如今，该行业面临着将自己转变为可持续行业的代际商机。航空业在迎接挑战方面有着悠久的历史。它不断创新以寻求更高的效率。它已经发展了新的适应不断变化的现实的商业模式。它有能力接受并实现国际民用航空组织去年商定的历史性长期目标——到2050年实现国际航空的净零排放。在可持续航空方面已经取得了有意义的进展。政府和行业都表现出对这些问题的认识，并已开始转化为战略规划。开发和初始生产各种可持续航空燃料正在进行中。每一代飞机的效率都在不断提高，而飞行路径和程序也变得越来越精简。新型零碳推进系统和飞机的研发进展顺利。然而，仍有许多工作要做。没有灵丹妙药来提供可持续的航空。该行业将需要开发和部署广泛的解决方案，特别是考虑到当前替代品的技术性能和经济可行性存在重大不确定性。新的零排放替代推进技术有望帮助减少航空对气候的影响——尽管实现这些技术全部潜力的旅程才刚刚开始。幸运的是，进展迅速且正在加速。今年已经见证了有史以来最大的氢能客运航班的两项记录下降。但是，在实现净零排放的旅程中，要使这些技术超越最初的原型，并建立将改变航空业的新业务，还有很多工作要做。本报告重点介绍为航空业解锁零碳推进技术所需的基础设施。正确的基础设施对于这个新行业的起飞至关重要——无论是“机场内”基础设施，如充电器和加油机，还是“机场外”基础设施，如生产足够的绿色电力。通过帮助减少转向替代推进所带来的不确定性，本报告旨在支持私营部门的政策制定者和领导者做出明智的决定。正确实现这一过渡关系重大。跨地域、跨行业和跨利益相关者的合作对于加快航空业迈向更可持续未来的轨迹至关重要。 实现真正的零目标：为电池和氢动力飞行提供基础设施4执行概要新型基础设施对于支持将于本十年开始运营的电池和氢动力飞机至关重要。随着寻求解决航空气候影响的解决方案变得更加紧迫，人们越来越关注氢能、电池电动和混合动力飞机等替代推进技术的作用。据估计，到2050年，使用氢能和电池电动动力系统的飞机可能占全球商用和货运飞机机队的21-38%。1虽然这个时间表可能感觉很遥远，但这些新技术将在这十年内开始出现，需要新型地面基础设施来提供这些飞机所需的绿色氢能和电力。然而，目前有对这种基础设施变化意味着什么以及机场和其他利益相关者如何开始为这些变化做准备缺乏了解。本报告由世界经济论坛的一项倡议Target True Zero制作，汇集了航空航天业的领导者，并得到了知识合作伙伴麦肯锡公司，剑桥大学航空影响加速器和航空环境联合会的支持，旨在阐明影响替代推进的一些关键考虑因素，作为Target True Zero加速电动和部署电动和部署的目标的一部分。 氢能飞机。报告探讨了挑战的三个方面：基础设施、投资和协作。第1章确定了支持替代推进的能源需求到2050年，全球和机场层面，以及这将转化为什么基础设施。第2章探讨了这些要求在投资水平和时间方面的含义。第3章分析了如何开展协作，以在航空和其他部门提供适当的基础设施。该报告的调查结果建立在麦肯锡公司分析得出的10个关键见解的基础上，这些见解来自Target True Zero举办的研讨会和与行业领导者的对话：1. 到2050年，全球对替代推进的需求可能需要600-1，700 TWh的清洁能源。这相当于世界上最大的风电场的大约10-25个产生的能量，或者一个只有比利时一半大小的太阳能发电场。2.到2050年，大型机场的电力消耗可能比现在多5-10倍，以支持替代推进。3. 替代推进将需要两个新的基础设施价值链 - 一个用于电池电动航空，一个用于氢 - 其中可能包括目前不属于航空生态系统的各种新合作伙伴。4. 大多数机场都有氢液化和储存基础设施的空间，但没有足够的土地来产生为电池电动和氢能飞机提供动力所需的所有清洁能源。5.到2050年，转向替代推进将需要在整个价值链上进行7000亿至1.7万亿美元的资本投资。大约90%的投资将用于机场外基础设施，主要是发电和氢电解。和液化。6.大型机场的机场基础设施所需的投资将明显高于小型机场，但与建设等其他主要投资的规模相似一个新的终端。7.替代推进运营商的成本预计将比绿色电力的市场价格高出76-86%左右，这反映了额外的航空基础设施运营成本。8. 实现2050年目标所需的投资必须从现在开始。到2025年，机场基础设施的第一批要素必须到位，以满足预期的能源需求。9.利用网络效应和区域连通性的力量，协调将需要基础设施投资，以使替代推进作业可行。10.航空业需要与其他行业合作，在供应受限的环境中确保足够的绿色电力和氢气，并在塑造未来的氢的生态系统。有了这些发现，Target True Zero计划确定如何进一步与关键合作。利益相关者提供支持替代推进生态系统所需的基础设施变更。 介绍基础设施规划需要从现在开始，为本十年第一批电池和氢动力飞机的到来做好准备。航空业约占全球二氧化碳（CO2）排放量的2%，但考虑到非二氧化碳排放量，航空业对气候变化的总体贡献被认为要高得多。2随着其他行业的脱碳，这一比例可能会大幅增长。为了寻找这个问题的解决方案，该行业已经迈出了采用可持续航空燃料（SAF）的第一步 - 一种直接的碳氢化合物燃料这可以减少生命周期排放。然而，鉴于问题的严重性，人们的注意力也开始集中在新的替代推进技术（如电池和氢动力飞机）的作用上，这些技术根本不依赖碳。3为了帮助就替代推进在该行业脱碳中的作用达成共识，并加速关键飞机技术的开发和部署，世界经济论坛成立了目标真正零联盟，将这一领域的主要领导人聚集在一起，补充论坛的明日清洁天空联盟的工作，以扩大使用可持续航空燃料。Target True Zero于2022年7月发布的第一份报告详细介绍了三种电池和氢动力技术在减少该行业气候影响方面的潜力：4– 电池电动：电池可用于为电动机供电，然后驱动直接螺旋桨。电池电动飞机将消除所有飞行中的排放5 – 预计到2035年，它们的射程将达到400公里，到2050年可能会增加到600公里。–氢燃料电池电动：燃料电池可用于将氢气和空气转化为水和电。氢燃料电池飞机将消除几乎所有飞行中的排放6- 但它们可以在高空释放水蒸气，这可以导致气候变暖凝结尾迹的形成。7尽管如此，氢燃料电池可以使电动飞机的设计范围比电池供电的飞机长得多 - 到2030年可能为燃料电池飞机提供约2，000公里的航程，到2035年可达4，000公里。–氢燃烧：液态或气态氢可以在燃气轮机中以与今天的喷气燃料相同的方式燃烧，并且到2035年有可能设计出与现有长途客机在相同距离上运行的氢燃烧飞机。氢燃烧飞机将消除飞行中的二氧化碳和烟尘排放，但仍会产生氮氧化物（NOx）。这些可能形成气候变暖凝结尾迹的程度意味着这项技术的整体气候影响存在不确定性。目标真零：为电池和氢动力提供基础设施飞行5 27据估计，到2050年，这些替代推进飞机（及其混合动力变体）可能占所有在役飞机的三分之一以上。8虽然这似乎是一个遥远的时间表，但第一架由替代推进驱动的商用飞机可能会在本世纪20年代中期飞行，众多公司正在努力将这些飞机推向市场，以应对来自客户（运营商和乘客）、投资者的压力和不断变化的监管环境。这些发展可以在航空业的所有领域看到：–先进的空中机动性：电动垂直起降（eVTOL）飞机有数百种设计，可以在短距离内搭载少量乘客 -例如从市中心到机场或附近城市之间。这些新技术将实现所谓的高级空中交通（AAM）或城市空中交通（UAM），并且可以被视为现有技术的延伸。航空业或完全作为一个新行业。第一架载客 eVTOL 飞机的制造商计划最早从 2024 年开始对这些飞机进行认证。9–支线航空：这些是目前被视为商业航空的最短航程航班，通常覆盖不到800公里的航线。目前正在开发许多解决方案，包括全电动飞机、混合动力飞机以及使用氢燃料电池技术改造现有的小型飞机。所有这些都可能在本十年的下半叶实现商业运营。10–更大、更远航程：计划从下一个十年开始改装氢燃料电池飞机，而新的氢推进飞机（包括由氢内燃机提供动力的飞机）的全新设计可能会在2030年代中期看到。11图 1采用替代推进的时间表，按技术划分，到 2050 年任务可能伙伴关系（MPP）审慎情景估计，到2050年，替代推进渗透率为21%，而乐观情景为38%。MPP的采用时间表，占全球机队的百分比MPP谨慎的场景MPP乐观的场景电池动力30%预计在2050年市场定位:区域空中机动性，目前由涡轮螺旋桨飞机和短支线喷气式飞机提供服务（例如ATR42，巴西航空工业公司E175） 电池电动 （BE） 飞机是15%0%0% 3% 5% 4% 预计将仅限于区域和窄体航班<500海里。0% 2020203020402050氢燃烧30%预计在2050年市场定位:窄体(例如波音757、空客A321)15%0%0% 2%6% 1%0% 2020203020402050氢燃料电池30%% 预计在2050年市场定位:小型窄体和支线喷气式飞机（例如空客 A220、巴西航空工业公司 E195）15%% 0%7% 0% 2020203020402050注：采用时间表基于“可能的任务伙伴关系”使净零航空成为可能“报告，采用由技术准备和预测的总拥有成本（TCO）驱动。根据MPP情景，到2050年，传统飞机预计将占全球机队的62-79%，占宽体飞机的82-97%。为了见面作为该行业的净零目标，这些飞机将需要主要由可持续航空燃料提供燃料，在MPP情景中，可持续航空燃料占行业整体能源使用的65-85%。资料来源：麦肯锡公司，改编自Mission Possible Partnership，使零航空,2022年7月。目标真零：为电池和氢动力提供基础设施飞行61%12%4%1% 162% 实现真正的零目标：为电池和氢动力飞行提供基础设施7确保运营这些飞机所需的基础设施到位对其成功至关重要。这不仅意味着新的物理机场的基础设施，如储氢罐和电池充电站，还有大量的绿色能源，以确保这些新技术减少了该行业的排放，而不是简单地将其转移到上游发电机。机场和其他利益相关者需要考虑的一些考虑因素包括：他们如何采购这种绿色能源，对电网的影响，所需的投资水平和对日常运营的影响 - 以及如何建立和扩大整个价值链的新业务以支持这些新型飞机。虽然这些影响尚未完全理解，但需要立即开始规划，以适应第一代替代推进飞机，并确保它们达到它们为该行业脱碳提供的潜力。本报告以之前的“目标零”工作为基础，帮助提供见解和量化一些关键要求与替代推进基础设施有关，以使机场和其他利益相关者能够开始为未来做出明智的决定。为了分析支持替代推进所需的基础设施，该报告根据特派团可能伙伴关系（MPP）的航空过渡战略的交通预测得出了见解。