动力能源篇：从关键核心技术看eVTOL投资机遇

投资建议：强于大市（维持）上次建议：强于大市 低空经济系列报告 从关键核心技术看eVTOL投资机遇——动力能源篇 ➢政策技术双驱动，低空经济按下加速键 2024年3月27日，工业和信息化部、科学技术部、财政部、中国民用航空局印发了《通用航空装备创新应用实施方案（2024-2030年）》，从该方案可以看出，航空飞行器的新能源化为未来的主要技术方向，重点任务要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，开展高效储能、能量控制与管理、减排降噪等关键技术攻关。政策技术双驱动，带动低空经济加速落地。 作者 ➢eVTOL是什么 分析师：高登执业证书编号：S0590523110004邮箱：gaodeng@glsc.com.cn分析师：黄程保执业证书编号：S0590523020001邮箱：huangcb@glsc.com.cn 相比于燃油推进系统，电推进系统具备更高的效率，同时随着分布式电推进技术的推出，航空飞行器更加灵活实用。随着电机电控技术、电池技术及航空复合材料等技术的进步，电动垂直起降（electric VerticalTake-Off and Landing，eVTOL）产业化进程加速，截至2022年年底，美国垂直飞行协会（VFS）宣布所收录的电动垂直起降（eVTOL）飞行器设计概念已超过750个，大量初创企业竞跑冲刺适航认证，预计2024—2025年可完成适航认证进而实现商业运营。 ➢eVTOL的核心优势在哪 eVTOL的核心优势在于经济性，能耗成本和运维成本均远低于燃油直升机和固定翼飞机，具有极好的商业化应用经济性；但与固定翼飞机相比，eVTOL受制于电池能量密度，航程和商载劣势明显。故为了突破航程的限制，能源动力为下一代eVTOL的主要技术改进方向。 ➢eVTOL有哪些动力技术路线 基于推进动力考量eVTOL可分为三大类：矢量推进型、升力与巡航复合型以及多旋翼型。根据全球现有的eVTOL，可以将其分为多旋翼构型、复合翼构型、倾转构型、倾转涵道风扇+完全矢量控制、隐藏式推进系统+无翼设计等5大技术路线。目前，各个技术路线各有优劣，各公司产品呈现百花齐放态势；远期来看，多技术路线融合或为可能，或根据使用场景不同及成本要求不同选择适合的技术及产品。 ➢未来还有什么技术变革 为了更好解决续航问题，未来的技术变革方向为混合技术动力方向。能源维度，eVTOL可分为全电动、混合动力两大类：全电推进系统的优点是空间设计灵活、效率高、噪声热辐射大大降低，缺点是电池的续航能力低；串联混动系统的优点是使飞机的电力和推力发电分离为各种飞行模式提供可行性，缺点是增加了发电机的重量，复杂度比常规发动机高；并联混系统的优点是常规发动机能够在最优功率点运行，电机提供峰值功率。缺点是复杂度比常规发动机高；混联兼顾串联和并联的优点，但尺寸过大。 ➢投资建议：关注动力能源主线核心零部件 我们认为，eVTOL目前正处于产业化加速期，其关键技术在于动力和能源，并且处在技术快速迭代期。为了解决航程问题，电池和电机技术有待进一步突破，建议重点关注航空电机、航空发动机、航空级电池等核心环节及热管理等核心零部件。 风险提示：政策实施与推进不及预期；产业技术发展不及预期；基础设施建设进度不及预期。 相关报告 1、《汽车：总量符合预期，出口和天然气高增长》2024.04.012、《汽车：小米SU7性价比优势显著，生态打造核心竞争力》2024.03.31 正文目录 1.政策技术双驱动，低空经济按下加速键................................31.1政策频出，低空经济按下加速键................................31.2新能源为未来航空技术重要方向................................31.3分布式电推进的重大创新......................................42.动力及能源为eVTOL主要技术迭代方向................................52.1eVTOL产业化进程加速.........................................52.2eVTOL动力存在多种构型设计...................................62.3各有优劣，多技术路线并进....................................72.4eVTOL核心优势是经济性，航程有待突破.........................82.5能源动力或为主要技术变革方向...............................102.6电机及电池技术有待进一步突破...............................123.投资建议：关注动力能源主线核心零部件.............................134.风险提示........................................................13 图表目录 图表1：低空经济重点政策.............................................3图表2：《通用航空装备创新应用实施方案（2024-2030年）》...............3图表3：航空推进技术迭代方向.........................................4图表4：Joby S2......................................................5图表5：Joby S4......................................................5图表6：亿航智能EH216-S在广州九龙湖完成商业首飞演示..................6图表7：eVTOL按照有无机翼分类........................................6图表8：eVTOL推进动力类型...........................................7图表9：eVTOL5大技术路线............................................7图表10：不同技术路线eVTOL对比......................................8图表11：eVTOL和燃油飞行器对比.......................................9图表12：经济性计算核心假设..........................................9图表13：不同运营效率和票价假设下商业化运营经济回收期（年）..........10图表14：传统发动机和纯电推进技术拓扑图.............................10图表15：混动推进技术拓扑图.........................................11图表16：不同能源动力形式的优缺点...................................11图表17：新能源动力系统与传统动力系统的性能参数.....................12 1.政策技术双驱动，低空经济按下加速键 1.1政策频出，低空经济按下加速键 低空经济按下加速键。近些年，无人机的应用越来越广泛，无人机配送快递、飞行汽车等概念也逐步走入公众视野。2021年，我国首次提出“低空经济概念”，2023年年底至今，中央及地方政府频发“低空经济”政策，并将其定义成为战略性新兴产业，低空经济按下加速键。 1.2新能源为未来航空技术重要方向 2024年3月27日，工业和信息化部、科学技术部、财政部、中国民用航空局印发了《通用航空装备创新应用实施方案（2024-2030年）》，在该方案中，细化且明确了我国通用航空未来7年的发展目标、实施路径、关键技术、应用场景等细节。 从该方案可以看出，航空飞行器的新能源化为未来的主要技术方向，重点任务要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，开展高效储能、能量控制与管理、减排降噪等关键技术攻关。到2027年以无人化、电动化、智能化为技术特征的新型通用航空装备在城市空运、物流配送、应急救援等领域实现商业应用。到2030年，以高端化、智能化、绿色化为特征的通用航空产业发展新模式基本建立。 1.3分布式电推进的重大创新 电推进系统具备更高效率。传统飞行器采用燃油推进系统是通过发动机将燃料的化学能转化为动能；而电推进系统则是通过电能直接驱动电机产生动能。目前涡轮风扇发动机对燃料的利用效率仅约40%，而电推进系统对电能的利用率能够超过70%，同时电推进系统具备噪音低，排放环保等优势。随着电机、电控、电池等技术的迅速发展，飞行器电推进技术已经具备技术基础。 分布式电推进设计更加灵活。所谓分布式电推进系统是指利用电机具有相对尺度近似无关的特性（即一个大功率电机系统分解为总功率相同的数个小功率电机系统后，整个系统的功率密度和效率基本不变）采用多个相对较小功率电动机驱动较小直径风扇的方式取代超大直径风扇推进飞行器的设计，优势是系统的能量控制更为灵活、容错性能更好，能够有效提高动力装置性能，改善燃油消耗率。同时由于电推进的尺寸无关特性，推进系统可根据飞机的用途灵活安置，设计空间变得更为自由。 eVTOL为分布式电推进技术的典型代表。乔比（Joby）航空公司推出的2座S2飞机采用16组分布式推进，其中12组用于垂直起降、4组用于巡航。乔比5座S4飞机拥有6个可倾转旋翼，飞机最高速度可达322km/h，而电能消耗只有汽车的1/5，飞行里程可达240km，巡航时分布式螺旋桨可折叠，减少了气动阻力，而降落后甚至可利用风能充电。 资料来源：《分布式电推进飞机电力系统研究综述》孔祥浩，国联证券研究所 资料来源：《分布式电推进飞机电力系统研究综述》孔祥浩，国联证券研究所 2.动力及能源为eVTOL主要技术迭代方向 2.1eVTOL产业化进程加速 随着电机电控技术、电池技术及航空复合材料等技术的进步，电动垂直起降飞行器（electric VerticalTake-Off and Landing，eVTOL）产业化进程加速。其优点在于采用电驱动技术，推力布置更加灵活，并且可以垂直起降，对于场地要求不高，故其可以主要用于城市短距离空中旅客与货物运输，可有效缓解交通堵塞，减少交通时间，降低大气污染。 截至2022年年底，美国垂直飞行协会（VFS）宣布所收录的电动垂直起降（eVTOL）飞行器设计概念已超过750个，大量初创企业竞跑冲刺适航认证，预计2024—2025年可完成适航认证进而实现商业运营。 2023年12月28日，全球领先的城市空中交通（UAM）科技企业亿航智能首批完成适航认证的EH216-S无人驾驶载人航空器分别在广州、合肥两座城市完成了商业首飞演示，标志着EH216-S在当地景区将开展常态化空中商业飞行。 资料来源：亿航智能官网，国联证券研究所 目前全球新兴的eVTOL研制与开发种类繁多、形态各异，技术仍处于高速迭代阶段。就目前来说，动力及能源形式仍是eVTOL主要技术迭代方向。 2.2eVTOL动力存在多种构型设计 eVTOL可以根据有无机翼分为两大类：无机翼以多旋翼为主，采用分布式推进系统，推进装置仅提供垂直方向的升力，前向推力通过横向（俯仰）轴上的总推力差实现；有机翼的eVTOL根据推力提供方式又可分为旋转推力、独立推力和复合推力等。 基于推进动力考量eVTOL可分为三大类：矢量推进型、升力与巡航复合型以及多旋翼型，其中矢量推力可以再细分为倾转旋翼、倾转机翼、倾转涵道等