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【原创】氢动力无人机的“向上生长力”
氢动力无人机 文章来源自:高工氢电网
2022-06-23 09:38:46 阅读:4022
摘要无人机作为燃料电池重要应用场景,蕴含着巨大发展机会。

无人机作为燃料电池重要应用场景,蕴含着巨大发展机会。


目前国内无人机动力源以锂电池为主,但锂电池存在续航里程不足的致命缺点;与锂电池比较,燃料电池无人机具有能量密度高、飞行时间长等优势,同等条件下飞行航时可达锂电无人机的4-5倍,能够解决锂电无人机的续航短板。基于这一优势,冬奥会、国家电网线路巡检、中海油海上油气设施巡检等多领域已展开燃料电池无人机的示范应用。


资本与政策同时在加大对燃料电池无人机的支持。对燃料电池企业而言,一扇来自航空应用场景的机会大门在徐徐敞开。

 

示范项目逐步落地


由于燃料电池的技术特点与无人机的某些应用需求高度匹配,无人机市场开始逐渐成为燃料电池着力探索的应用场景。


燃料电池应用于无人机其实并不是新鲜事儿。早在2014年,同济大学航空航天与力学学院、上海奥科赛飞机公司和上海攀业就共同研制了中国首架燃料电池无人机“飞跃一号”并在上海亮相。此后连续多年,国内也都有企业或院校推出燃料电池无人机项目。


在2020年,国家市场监督管理总局发布了《无人机用氢燃料电池发电系统》,这是全球首个国家级无人机用氢燃料电池标准。


近一两年,燃料电池无人机已经在国内多个领域展开示范应用。燃料电池无人机在奔向规模化、商业化的道路已经悄然迈出一大步。以下是自去年10月以来,国内典型的燃料电池无人机示范项目(下图):


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此外更多机构在燃料电池无人机的研发上取得新进展。中国航空工业集团今年3月份消息,由航空工业直升机所研制的20kg级变距多旋翼无人机AR-20顺利完成换装氢动力试飞试验,验证了氢动力电池应用在变距多旋翼无人机上的可行性。


哈尔滨工业大学氢动力及低碳能源研究中心研发的“昱翔二号”氢动力六旋翼无人机近日成功首飞。这是该中心于今年初成功推出“青鸥30”氢动力垂直起降固定翼无人机之后的第二款氢动力无人机。截至目前,该研究中心已成功开发出5款氢动力无人机,同时自主设计开发出航空级能量控制模块。


无人机作为燃料电池的应用场景,发展迅速,日渐活跃。燃料电池无人机在国内已经开始迈入示范应用新阶段。

 

长期竞争优势与向上空间


无人机最早应用于军事领域,可作为侦察机、靶机、持续侦察机、警戒探测机等。应用于民用的无人机分为消费级无人机和工业级无人机。消费级无人机主要用于影视拍摄;工业级无人机主要偏向于更加专业化的领域,如农业植保、管线巡查、地质测绘、物流和安防等。其中工业级无人机的市场规模在持续扩大。


工业级无人机市场规模在2015年时还小于消费级无人机,仅占民用无人机市场约20%。但随着无人机在各工业领域不断渗透,工业级无人机的市场规模已于2021年超越消费级无人机,并将在未来占据市场主要份额。以下是2015年至2024年10年期间,中国民用无人机市场规模预测及工业级无人机和消费级无人机的占比:


中国民用无人机市场规模与预测(亿元)

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资料来源:Frost&Sullivan,高工产研氢电研究所(GGII)整理,2022.5


工业级无人机前景广阔。不过工业级无人机的使用场景相对于一般消费级无人机来说环境更加恶劣,对无人机的续航时间、稳定性、信号强度、抗风能力、对温度和湿度的适应能力等有更高要求。这直接意味工业级无人机对动力系统的能量密度、耐低温性、寿命等有一定要求。哪一种产品更能满足工业级无人机的动力需求,哪一种产品将有机会“坐拥”工业级无人机市场巨大潜能市场。


当前,工业级无人机市场主流应用为锂电池无人机。但其最长续航时间约为45分钟,限制了其在长距离、连续作业场景下的使用。以电网巡检为例,单架次锂电无人机仅能巡检1~3输电铁塔;而频繁充电、更换电池也会增加人工成本。同时锂电池无人机的恶劣环境耐受性差,在严寒或高温等恶劣环境下难以启动,或续航时间进一步缩短。而相对于锂电池,燃料电池无人机能量密度与热值高,续航能力可超过5小时,能耐受严寒和高温等恶劣环境。同时因为在低空飞行,氢气泄漏难以聚集,安全性更高。


以多旋翼无人机为例,锂电池无人机与燃料电池无人机从续航时间、工作温度、最大起飞重量、单日工作量四大维度进行对比,具体如下:


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资料来源:公开资料,高工产研氢电研究所(GGII)整理,2022.5


整体上,与锂电比较,氢动力无人机具有能量密度高、飞行时间长、耐低温、长寿命等多项特点,优势明显。而在成本方面,氢动力无人机综合使用成本并不比锂电池贵。


以某知名品牌锂电无人机为例,配备两块锂电池,电池价格1万元左右,电量0.5度多一点,寿命200次充电,相当于带载航时70小时;而同类型的氢动力无人机上,燃料电池系统包括了气瓶等,成本4.7万元左右,电量4.3度,航时寿命1500小时。即使算上补能,氢动力无人机每航时成本更低。


燃料电池自身显著的性能优势和成本优势决定其在无人机市场有广阔前景。工业级无人机持续扩大的市场规模将成为燃料电池的新蓝海市场。


2018-2030年中国工业无人机及氢燃料无人机市场规模预测(万架)


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资料来源:中国民航局,高工产研氢电研究所(GGII)整理,2022.5


燃料电池无人机巨大的发展潜力目前已带动资本的关注。今年上半年,多家氢动力无人机企业完成融资,并且融资金额都在千万级别,包括氢航科技、济美动力、新创氢翼等。


政策层面也明确提出支持这一领域的发展。2021年12月,深圳市发展和改革委员会制定并印发《深圳市氢能产业发展规划2021-2025年》,提出至2025年,深圳市氢能无人机示范应用不少于100架。3月23日,国家发展改革委发布的《氢能产业发展中长期规划(2021-2035年)》中就首次提到,要“积极探索燃料电池在航空器领域的应用,推动大型氢能航空器研发”。


应用层面,国家电网等企业已表示,十四五期间将加大氢燃料电池无人机的示范规模;国家邮政局近日公开表示,在新的发展征程上,将加快高水准服务能力建设,支持发展约定投递、改址投递、改时投递等精准服务,综合运用无人机、无人车,鼓励开展无接触投递;基于氢能无人机优势显著,不排除其会引入氢能无人机展开投递工作。


无论从哪个角度看,燃料电池无人机都将不会是个小市场。

 

短期内需要在坚守中攻克难关


无人机市场已进入爆发期。数据显示,截至2021年12月31日,国内无人机实名登记系统注册无人机数量共计83万架,比2020年底的57万架增加了44.9%。据2022年中国民航工作会议报告,2021年中国无人机企业已达1.27万家。无人机的“盘子”在逐步做大。


燃料电池无人机凭借其自身优势必将在未来的无人机市场,尤其是工业级无人机市场占据一定市场地位。但需要正视的是,短期内要在这条路上开辟出有规模的市场非常艰难。


其一,在无人机领域,如果仅考虑能量密度,因为先天优势,燃料电池很容易做到比锂电池大很多。但是要做到满足环境适应性的要求,还要投入相当多的开发和实验验证工作,有一定技术和资金门槛。


其二,在无人机这个领域,目前比燃料电池技术本身环境适应性更大的困难是储氢和加氢方式的问题,燃料电池为用户解决了续航时间的老问题,却带来了能源补给的新问题。


其三,燃料电池没有进入规模化,系统成本和运营太高,普通的工业用途,客户服务的成本较高,用户是否会为更高价格买单取决于该方案增加的成本是否真的能覆盖这个增值部分。


此外,无人机集中度过高,新的企业推出无人机,特别是民用产品无法与大疆抗衡,而专用无人机又需要定制,其中的人力投入很大,因此造价很大,反过来又抑制了一部分的需求。


事实上,在诸多困难中,已经有企业杀出了一条血路出来,先行攻克技术难关,并找到了部分刚需市场、给出了相应的解决方案,比如前述示范项目中有多个项目的无人机产品来自氢航科技。在这类优势企业的带动及巨大市场蛋糕的吸引下,燃料电池无人机翻开发展篇章,应该不会很远。


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