2024汽车零部件行业eVTOL低空经济深度分析报告
1.低空经济发展有何政策支持？
1.1.低空经济政策：支持节奏与17/18年智能网联类似，开启产业化元年
国家顶层政策支持产业发展，低空经济首次被纳入战略新兴产业，类似于2017-2018年的智能网联汽车。低空经济是以低空飞行活动为核心，包括所衍生的相应基础设施建设、低空旅游、城市空中交通等在内的综合性经济形态，于2021年2月在中共中央、国务院《国家综合立体交通网规划纲要》中首次被写入国家规划。2023年下半年以来，国家政策层面明显提速，2023年12月中央经济工作会议明确将低空经济列为战略性新兴产业，2024年政府工作报告中首次提到打造低空经济等新增长引擎，低空经济的战略地位进一步提升。从政策支持节奏来看，当前低空经济的发展阶段类似于2017-2018年的智能网联汽车。2015年9月，《中国制造2025重点领域技术路线图》首次从国家战略层面提出“智能网联汽车”概念，2017-2018陆续出台政策提出智能网联汽车产业的发展目标，产业发展开始提速。与此相类似的，2023年10月工业和信息化部等四部门联合印发《绿色航空制造业发展纲要（2023—2035年）》明确提出产业发展目标：2025年电动垂直起降航空器（eVTOL）实现试点运行，鼓励珠三角、长三角、环渤海、成渝等地区设立低空经济示范区，开展eVTOL商业示范运营；2035年以无人化、电动化、智能化为技术特征的新兴通用航空装备实现商业化、规模化应用。
地方政府积极响应，制定低空经济发展规划并出台产业扶持政策，低空经济有望迎来产业化元年。自“低空经济”被写入国家规划以来，多地快速跟进中央政策推动低空经济发展。目前已有多个省市发布低空经济产业发展规划，并有18个省份在2024年政府工作报告中提及发展低空经济。特别需要强调的是，目前已有深圳、珠海、九江共青城市等先后出台财政补贴、金融扶持等具体的低空经济产业扶持政策，扶持方式与2018-2022年间各地出台的对智能网联汽车产业扶持政策相近。具体而言，财政补贴政策可以分为以下几个方面：1）落户奖励：深圳市对新落户的低空经济企业给予不超过2000万的落户奖励；珠海及九江共青城市也明确指出对新落户企业给予综合支持。2）整机研发销售补贴：比如深圳、珠海、九江共青城市均对主机厂适航取证进行奖励。此外，深圳市直接对研制载人eVTOL、飞行汽车的企业给予一定比例的销售奖励；珠海对试飞服务费进行30%的补贴。3）关键技术的研发资助。4）运营补贴：对低空载人、载物航线运营进行支持，通常以每架次或者每小时运营为单位进行补贴。5）基础设施补贴：对投资建设基础设施进行一次性补贴、对开展驾驶培训的企业进行补贴等。金融政策方面则通过设立低空经济产业发展基金、开发面向低空经济的贷款产品等方式支持产业发展。
1.2.空域政策:空域开放是我国低空经济发展的前提条件
空域开放是低空经济发展的前提条件。复盘美国通用航空产业的发展历程，二战之后，美国政府将85%的空域划为民用空域，到1978年，对私人飞机开放3000米以下的空域。1993年美国正式采用国际上通用的空域体系，将空域划分为A、B、C、D、E、G六类空域，在目视飞行规则下，E类和G类为非管制空域，飞行员不需要向管制部门提交申请，只需要起飞前用无线电告知飞行计划和航线即可。在宽松的空域管理规则下，美国通用航空产业快速发展。截至2022年底，全球通用航空飞行器保有量约45万架，其中美国市场占据约50%的份额。对比来看，在2010年以前我国空域为全域管制，所有飞行必须预先提出申请，经批准后方可实施。截至2022年底，我国通用航空飞行器保有量仅占据全球1%的份额。
我国逐步开放低空空域，简化飞行审批流程，为低空经济的发展奠定基础。自2010年国务院、中央军委颁发《关于深化我国低空空域管理改革的意见》以来，我国低空空域逐步开放，低空空域范围逐步扩大、空中交通管制逐步放开、飞行审批流程逐步简化。2023年11月出台的《中华人民共和国空域管理条例（征求意见稿）》和2023年12月出台的《国家空域基础分类方法》是我国空域改革过程中的里程碑，标志着我国空域分类方法正式与国际并轨。《国家空域基础分类方法》将我国空域划分为两级七类，A、B、C、D、E类空域为管制空域，G、W类为非管制空域，其中低空飞行活动主要发生在E、G、W类空域中。根据现行管理办法，G、W类非管制空域，以及E类空域中目视飞行规则下不需要进行交通管制。同时，在飞行审批流程方面，使用A、B、C类空域需要申请飞行计划，使用D、E、G、W类空域只需要向空管单位报备。
深圳经济特区率先推出低空经济专项法规，为低空经济产业发展提供法治保障。如前所述，国家层面以空域改革为核心解决低空经济产业发展涉及的空域管理、飞行管制等问题，但除此之外，低空经济产业发展仍然缺少高层次的统筹协调领导机制以及高效便捷的管理服务机制。为了解决上述问题，2023年底深圳市人大常委会会议表决通过《深圳经济特区低空经济产业促进条例》，并于2024年2月起施行，这是我国出台的首部低空经济专项法规。《条例》最核心的制度创新在于对促进低空经济产业发展的机制作出规定：1）要求市政府建立低空经济产业发展协调机制，明确低空经济产业发展工作的职责分工；2）要求市政府与空中交通管理机构、民用航空管理部门建立低空飞行协同管理机制，协调解决低空飞行领域的空域划设、飞行活动监管等重大问题。此外，《条例》还对与低空飞行活动相关的基础设施建设、飞行服务平台、产业应用领域、安全监督管理等方面予以规范，为深圳市高质量发展低空经济产业提供法治保障。
2.eVTOL为什么是低空经济的最佳载体？
2.1.原因：eVTOL具备成本低、噪音小、安全性高三大核心优势
eVTOL（electric vertical take-off and landing）中文译为“电动垂直起降飞行器”，集合了垂直起降（VTOL）和电动动力飞行器的理念，主要用于满足城市空中交通（UAM）的需求。关于在城市内低空飞行的理念最早可以追溯到20世纪50年代，随着直升机技术的发展，人们开始设想可以从家里的停车场或者屋顶起飞直接飞到目的地。比如1957年美国的《大众机械》杂志曾经描述过这一畅想。但是由于：1）直升机制造成本高、维护成本高、运营成本高，只有在紧急医疗等对价格敏感度低的场景下得到了应用；2）直升机噪音大，航线受到了很强的限制，无法在城市内的超低空域内（300米）以内航行。因此，依靠直升机来满足城市空中交通的设想并未实现。直到近年来电池技术、电动机快速发展，eVTOL应运而生，才使得城市空中交通的畅想变得可能实现。
从技术原理上看，eVTOL和直升机的核心区别是动力来源，并由此带来了动力系统和气动布局上的差异。首先，从动力来源上看，eVTOL是电力，而直升机依靠航空煤油、汽油。与此相对应的，在动力系统方面，eVTOL采用分布式电推进动力系统，而直升机采用涡轮轴发动机或活塞式发动机。同时，分布式电推进动力系统使得eVTOL的气动布局更加灵活，直升机大多采用单旋翼构型，eVTOL则可以采用多个旋翼的布局方式。需要注意的是，由于多个旋翼的悬停和姿态控制需要精确控制每个螺旋桨的转速或者角度才能实现，对动力系统来说是很大的挑战。直升机上的涡轴发动机想要精确控制涡轮输出的转速很困难，而eVTOL采用分布式电推进动力系统来控制电机则容易很多。
得益于电动化+多个旋翼的设计，eVTOL具有安全性高、噪音小、运营成本低的优势，是低空经济的最佳载体。1）安全性更高：如前所述，eVTOL具有多个旋翼，每个旋翼上都有独立的电动机，如果一个旋翼发生故障，也依然可以维持飞行所需的动力和姿态。根据EASA的统计及论文《不同构型电动垂直起降飞行器动力系统的安全性评估》的测算，eVTOL的安全性是直升机的10倍以上。2）噪音更小：传统直升机的噪音主要来自于旋翼和燃油发动机。当旋翼高速旋转时，会切割空气产生气流扰动并发出噪音，噪音的大小与旋翼的转速成正比。eVTOL多个旋翼的设计使得每个旋翼较小且分布均匀，可以减小单个旋翼的旋转速度。而直升机必须依靠单个旋翼提供足够的升力，因此旋翼的转速更快、噪音更大。此外，eVTOL电推进系统产生的噪音也要远低于燃油发动机。根据Joby的公开演讲，eVTOL的巡航噪音约45dB，而根据EASA的统计，直升机的平均巡航噪音约为90dB。3）运营成本更低：首先，eVTOL的电池更换成本低于直升机发动机的维护成本，同时用电成本远低于燃油成本。此外，eVTOL的停机坪相较于直升机更简单，所以eVTOL的降落费也要更低。因此，即便当前eVTOL尚未大规模量产，整机购买价格较高，但目前综合运营成本仍然低于直升机。以美国迈阿密到西棕榈滩的航线为例（该航线约106km，耗时约30分钟），我们测算eVTOL单座成本约为91美元，低于直升机24%。我们认为，未来随着eVTOL整机价格的下降，其运营成本优势会更加明显。
目前eVTOL有多旋翼构型、复合翼构型和矢量推进构型三种技术路线：1)多旋翼构型：形态上与大疆的无人机类似，具有多个垂直旋翼，没有机翼。推力和升力均仅由旋翼提供，通过调控不同旋翼的转速实现姿态控制和运动。如前进时后方旋翼转速增加，升力增大导致飞行器前倾从而产生向前的推力。2)复合翼构型：同时具有多个垂直旋翼，水平旋翼和机翼，通过两套独立的旋翼控制姿态和运动。起降时由垂直旋翼提供升力，水平旋翼提供推力进行运动，巡航时由机翼提供升力。3)矢量推进构型（倾转旋翼型）：具有多个可变旋翼和机翼，起降时旋翼垂直向下提供升力，巡航时旋翼发生倾转提供向前的推力并同时由机翼提供升力。
矢量推进型具备航程长、载荷高的优势，是近年来国内外厂商的研发重点。由于多旋翼构型没有机翼，在巡航飞行阶段也需要依靠桨叶对空气的推力提供升力，意味着飞行全程都需要持续产生推力以抵抗重力，因此多旋翼构型在三种技术路线中航程最短，同时载荷低，一般仅1-2个座位。对比矢量推进型和复合翼型，由于复合翼具备两套独立的动力系统，向上的旋翼在巡航阶段事实上是不动的，即“死重”，而矢量推进型是一套动力系统的状态切换，因此“死重”更低。由于矢量推进构型的eVTOL效率高、航程长，是近年来国内外厂商的研发重点，根据美国垂直飞行协会的统计，截至2024年3月底，全球共有798个eVTOL概念型号，其中矢量推进型占比达到43%。
2.2.新能源车产业链赋能eVTOL，续航能力快速突破
电池是eVTOL的核心部件之一，与新能源车产业链重合度高。根据Lilium官网，对eVTOL的BOM成本进行拆分：1）电推进系统将控制信号转换为车身动力，包括电机、电机控制器以及动力产生装置旋翼（或者涵道式风扇），在整机中价值量占比最高约40%，其中电机环节与新能源车产业链具有一定的重合度。2）车身结构件及内饰：价值量占比约25%，其中内饰环节（如座椅）与新能源车产业链有一定重合。3）飞控系统：可分为感知、控制两个环节，主要负责根据飞行员指令对电推进系统进行控制，在整机中价值量占比约20%，主要参与者以航空产业供应商为主。4）电池：价值量占比10%，与新能源车产业链高度重合。
电池性能是制约eVTOL发展的核心因素。相比于新能源汽车，eVTOL对电池的安全性、快充频率、峰值功率持续时间、平均放电倍率等都提出了更高的要求。同时，在电池能量密度相同的情况下，eVTOL的续航远低于电动车，我们对影响eVTOL续航能力的因素拆分如下：1）根据电池特性，随着电量的降低，电池可达到的放电功率随之降低。然而，在eVTOL的垂直起降阶段需要的电池放电功率是巡航阶段的3倍左右（不同构型的eVTOL有所差异）。因此电池的最后10-20%的电量无法用于eVTOL的降落。2）根据法规要求，飞行器需要预留储备一定的巡航时间以应对突发情况，比如停机坪被占用等。3）eVTOL构型亦会对续航能力有明显的影响。如上文分析，在其他相同的条件下，矢量推进型续航最长、复合翼次之，而多旋翼型最低。
根据以上影响因素，我们对搭载电池能量密度为235Wh/kg的Joby S4机型实际续航能力进行测算。在中性假设下，Joby S4的实际续航约为139km，略低于官方标准（160km）。测算过程如下：1)电池容量测算：根据Joby官网，Joby S4最大起飞质量为2404kg，根据论文《Challenges and key requirementsof batteries for electricvertical takeoff and landing aircraft》假设电池重量分数为0.3，则Joby S4电池容量约为170kWh。2)升阻比：Joby S4为矢量推进构型，单位能量可驱动的飞行距离较长。根据论文《Challenges and key requirementsof batteries for electricvertical takeoff and landing aircraft》，假设Joby S4巡航升阻比为13，起降升阻比为11。3)其他基本假设：假设起飞和降落时间均为30s，巡航速度为200km/h。4)电池损耗程度：悲观/中性/乐观假设下电池损耗程度分别为10%/5%/0%。5)低能量阈值（不可用于eVTOL起降的部分）：悲观/中性/乐观假设下电池低能量阈值分别为20%/15%/10%。6)备用巡航时间：悲观/中性/乐观假设下备用巡航时间分别为20/15/10分钟。根据上述过程，在悲观/中性/乐观假设下，我们测算搭载电池能量密度为235Wh/kg的Joby S4实际续航能力约为97/139/181km。对比电动车，极氪009电池容量140kwh，续航里程达到822km。
高能量密度的航空电池高速发展，eVTOL的续航难题有望突破。1）政府行业发展规划：2023年10月，我国工业和信息化部等四部门印发《绿色航空制造业发展纲要（2023-2035年）》指出：满足电动航空器使用需求和适航要求的400Wh/kg级航空锂电池产品投入量产，500Wh/kg级产品小规模验证。2）电池厂商积极布局：宁德时代2023年4月发布凝聚态电池，单体能量密度高达500Wh/kg，并表示正在进行民用电动载人飞机项目的合作开发。3）eVTOL主机厂规划：例如Lilium规划2025年电池的能量密度将达到330Wh/kg，续航达到175km；到2030年，电池能量密度达到500Wh/kg，续航达到275km。
3.eVTOL未来的商业化运营场景？
3.1.中短期内落地旅游观光场景，城市空中交通打开长期发展空间3.1.1.低空旅游场景有望最先落地，对eVTOL的需求量约为2450架低空旅游有望成为eVTOL最早落地运营的场景。相比于医疗转运、城市空中交通等点对点飞行场景，低空旅游由于：1）对基础设施建设密度要求低，一条航线只需要一个起降点即可；2）远离市区，民众对于噪音问题和安全性问题的担忧相对较低；3）低空旅游作为低频场景，用户对于价格的敏感度相对较低；4）从技术成熟度角度考虑，目前多旋翼构型的eVTOL技术成熟度最高，但是航程较短，而低空旅游场景对续航能力要求相对较低。考虑到上述因素，我们认为低空旅游有望成为eVTOL最早落地运营的场景。
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