В 2018 году United Airlines начала печатать свой бортовой журнал на более легкой бумаге, сократив объем каждого журнала на 1 унцию до 6,85 унции. В то время United эксплуатировала 744 основных самолета со средней вместимостью около 210 человек. Это приводит к снижению веса всего на 13 фунтов за полет — примерно столько же, сколько у тощего кавалера Кинга Чарльза. Тем не менее, United заявила, что это позволяет ежегодно экономить 170 000 галлонов топлива, что соответствует расходам на топливо в размере 290 000 долларов США.
Маржа прибыли в авиационной отрасли является одной из самых низких в мире. А топливо составляет почти половину стоимости эксплуатации авиакомпании. Поэтому неудивительно, что авиакомпании постоянно ищут новые и творческие способы снизить эти «неконтролируемые» и большие расходы.
Введите:электрический самолет.
Электрический самолет обещает значительно сократить расходы на топливо (насколько это еще предстоит обсудить), одновременно спасая планету (в некоторой степени) от опасных отходов топлива. Тем не менее, если Тесла является каким-то индикатором, дорога от ископаемого топлива к электричеству не является гладкой; проблем с аккумулятором, инфраструктурой, безопасностью и нормативно-правовыми актами предостаточно.
В этой статье анализируются причины, по которым электрические самолеты сейчас выходят на первый план, технологии и препятствия, размер рынка и конкурентная среда. Мы также предположим, когда вы будете летать на своем первом электрическом самолете.
Основным ответом на вопрос, почему электрические самолеты сейчас на пике популярности, является регулирование климата. В последнее время американские и зарубежные регулирующие органы выступили с серьезными призывами к сокращению выбросов. Хотя, по словам Роланда Бергера, «всего» 2-3% мировых выбросов приходится на авиаперелеты, к 2050 году этот показатель может достичь 10% или даже 24%, если другие сектора станут чище быстрее, как предсказывают некоторые эксперты. Международная организация гражданской авиации (ИКАО), агентство Организации Объединенных Наций, призывает к ограничению чистых выбросов CO2 от авиации с 2020 года (углеродно-нейтральный рост). С более широким внедрением электрических двигателей этот показатель может оставаться относительно стабильным на уровне 2–5%.
Прогнозы роста авиаперевозок и выбросов от IATA
И, конечно же, экономическая составляющая. Экономическое обоснование для электрических самолетов по существу опирается на 3 столпа:
По данным запуска электрического самолета Ampaire, электрический самолет по сравнению с самолетом, работающим на ископаемом топливе, может иметь 90% снижение затрат на топливо, 50% сокращение обслуживания, 66% более тихий взлет и посадку и 0% выбросов выхлопных газов. Сокращение расходов станет благом для рынка ближнемагистральных перевозок стоимостью 26 миллиардов долларов (~30 % всех рейсов в настоящее время), создав обслуживание между небольшими региональными аэропортами, которое в настоящее время нерентабельно.
Дин Донован, управляющий директор инвестиционной компании DiamondStream Partners, занимающейся авиаперевозками и путешествиями, видит, как электрические самолеты могут спасти положение для нерентабельных в настоящее время региональных направлений. По его оценкам, прибыльно будет обслуживать примерно 8000 аэропортов.
Электросамолеты, как ожидается, откроют ранее убыточные региональные маршруты
Кроме того, благодаря многочисленным технологическим достижениям автомобильных компаний, работающих над электромобилями, на рынок выходят новые недорогие, легкие и мощные решения.
Однако, несмотря на то, что все упомянутые факторы медленно накапливались в течение последних нескольких лет, в этом нет ничего нового. По словам генерального директора Wright Electric Джеффри Энглера, что действительно привело к переломному моменту, так это то, что поставщики первого уровня и поддерживающие игроки объявили о своих обязательствах в отношении электрических самолетов. «Например, в прошлом году аэропорт Хитроу объявил, что собирается отказаться от платы за посадку в течение первого года для первых гибридных электрических самолетов или электрических самолетов. За год до этого easyJet объявили о сотрудничестве с нами. Сам по себе это всего лишь одна часть, но если вы добавите ее, получится что-то значимое».
Актуальный скин теперь в игре.
В апреле 2019 года Collins Aerospace обнародовала планы по развитию рынка электрических самолетов, в том числе создание мощного высоковольтного объекта стоимостью 50 миллионов долларов для разработки и тестирования «самого мощного и эффективного силового двигателя в отрасли» в Рокфорде, штат Иллинойс. В июне 2019 года Rolls-Royce ускорила реализацию своей стратегии электрификации, приобретя у Siemens бизнес по производству электрических и гибридно-электрических аэрокосмических двигателей. Наконец, последнее объявление в июле 2019 года поступило от BAE Systems, которая объявила, что они будут работать со стартапом по производству электрических самолетов Wright Electric над «системами управления полетом и управления энергопотреблением».
Рынок электрических самолетов в настоящее время крошечный — примерно 99 миллионов долларов в 2018 году. MarketsandMarkets прогнозирует, что к 2023 году он вырастет до скромных ~ 122 миллионов долларов, среднегодовой темп роста составит около 4%. Для сравнения:рынок электромобилей составляет около 119 долл. США миллиардов. миллион, а мировой рынок коммерческих самолетов составляет 840 млрд долларов США. . Так что картофеля в настоящее время мало. Откровенно говоря, сегодня в коммерческой эксплуатации самолетов с электрическим приводом просто нет.
Глядя дальше, будущее выглядит… ну, электрическим. UBS прогнозирует $178 миллиардов миллионный рынок гибридной электрической авиации к 2040 году, причем особенно сильный рост начнется в 2028 году, когда ожидается поставка первого гибридного электрического самолета на 50-70 мест. Это предполагает около 16 077 поставок со средней ценой около 11 миллионов долларов. Ожидается, что рыночная привлекательность останется ограниченной до 2028 года из-за отсутствия конкурентоспособных продуктов, однако по мере того, как новые участники рынка, такие как Eviation, Ampaire и Wright Electric, выпустят жизнеспособные продукты, рынок должен начать сокращаться.
Ожидается, что региональный рынок, определяемый как поездки на расстояние менее 500 километров (км) или ~ 310 миль, приведет к росту продаж электрических и гибридных самолетов. Это связано с (1) ограниченной емкостью батареи и (2) новой экономической целесообразностью обслуживания этих ранее убыточных маршрутов.
Siemens прогнозирует относительно аналогичную хронологию с ожиданием приземления сверхлегких и военных самолетов в первую очередь (из-за менее строгих правил сертификации), затем в 2022 году будет наращивание количества сертифицированных систем, запланированные полеты на основе гибридных самолетов в 2030 году и, наконец, , к 2050 году Siemens прогнозирует, что электрическая силовая установка станет «стандартным решением» для всех сегментов самолетов. Группа аэрокосмических экспертов Роланда Бергера придерживается аналогичного мнения:к 2032 году в коммерческую эксплуатацию поступит первый 50-местный гибридный электрический самолет.
Прогнозная карта Siemens Electric Propulsion:электрические двигатели станут стандартом к 2050 году
Давайте посмотрим на рынок с точки зрения использования. По оценке генерального директора Ampaire Кевина Норткера, «крупные перевозчики обслуживают около 150 аэропортов в США. Коммерческие авиалинии США обслуживают около 500 аэропортов, однако существует около 5000 муниципальных аэропортов, которые могли бы обслуживать коммерческую авиацию. Это означает, что количество коммерческих аэропортов может увеличиться в 10 раз».
Еще один способ подумать об этом — посмотреть на ожидаемое количество региональных самолетов, которые будут выведены из эксплуатации и, следовательно, должны быть заменены. Крупные OEM-производители прогнозируют необходимость замены около 10 000 9-местных самолетов при нулевом расширении рынка. Предполагая, что цена самолета составляет 5-10 миллионов долларов, рынок оценивается в 50-100 миллиардов долларов. Однако многие в отрасли, в том числе Noertker, ожидают значительного расширения регионального рынка «за счет снижения цен на существующих маршрутах, но особенно за счет открытия новых маршрутов, которые раньше никогда не были прибыльными». Далее Норткер отмечает:«Самые консервативные группы говорят, что необходимо удвоить количество самолетов. Некоторые заходят так далеко, что говорят о 10-кратном увеличении количества самолетов, обслуживающих рынок. Движущим фактором стал повышенный спрос».
Теперь давайте посмотрим на отдельных игроков, управляющих этим рынком.
Крупные OEM-производители, такие как Boeing и Аэробус окунули свои пальцы на рынок электрических самолетов. Boeing заключил партнерское соглашение со стартапом Zunum (подробнее в разделе Шокирующие стартапы ниже), чтобы помочь себе представить себя в отрасли, и Airbus экспериментировала с такими проектами, как Vahana, City Airbus и E Fan X.
В дополнение к своим инвестициям в Zunum компания Boeing Aurora Flight Sciences, исследовательская компания в области авиации и аэронавтики, приобретенная в 2017 году, работает над созданием сети летающих такси в партнерстве с Uber. В январе 2019 года компания Aurora Flight Sciences провела первый испытательный полет полностью электрического автономного пассажирского летательного аппарата (на фото ниже).
Однако испытание было относительно небольшим, поскольку самолет с вертикальным взлетом и посадкой (VTOL) зависал всего несколько секунд перед посадкой. Однако прогресс заключается в том, что такой крупный OEM-производитель, как Boeing, инвестирует в будущее автономных электрических «летающих такси», создавая совершенно новый вид транспорта для городской мобильности (вспомните:передвижение по небоскребам).
Airbus также заинтересован в запуске собственной сети летающих такси. В прошлом году Airbus продемонстрировал свой СВВП Vahana. В марте 2019 г. Airbus и Audi представили свое четырехместное воздушное такси CityAirbus в рамках инициативы ЕС по проекту городской воздушной мобильности и написали в Твиттере, что скоро состоится первый полет.
Однако существует так много неопределенностей — возможная экономика, проблемы регулирования, проблемы безопасности, проблемы инфраструктуры (как система управления воздушным движением, которая уже испытывает трудности, справится с 10-кратным увеличением числа 9-местных самолетов?) и многое другое. Эти неизвестные факторы мешают крупным OEM-производителям, зарегистрированным на бирже, инвестировать значительный капитал и, следовательно, открывают рынок для предприимчивых стартапов, ищущих альфа-версию.
Дин Донован, управляющий директор инвестиционной компании DiamondStream Partners, занимающейся авиаперевозками и путешествиями, отмечает:«OEM-производители очень заинтересованы в этом пространстве, но видят ценность в работе со стартапами, чтобы дополнить свои существующие навыки. Они признают, что сильные стороны их существующих моделей во многих случаях дополняют, а не конкурируют непосредственно с новыми идеями. Пока неясно, как это будет происходить, поэтому стартапы позволяют им участвовать в некоторых областях с низким уровнем риска».
Итак, давайте взглянем на этих беспорядочных новых игроков.
По оценкам Роланда Бергера, в настоящее время разрабатывается около 170 концепций электрической авиации. Однако, по словам Дина Донована, несмотря на значительный потребительский спрос, немногие из 170 сделок, получивших финансирование, были профинансированы в больших масштабах. Донован отмечает, что если каждой из этих 170 компаний потребуется около 100 млн долларов финансирования, всей отрасли потребуется финансирование на сумму 17 млрд долларов — относительно большой объем капитала по сравнению с размером сектора.
Причина, по утверждению Донована, в том, что эти наличные деньги так сложно получить на уровне институционального инвестора, заключается в том, что инвестиционный профиль авиационного стартапа гораздо труднее переварить по сравнению с текущим полем возможностей, которое в основном сосредоточено на программном обеспечении. Программные стартапы могут довольно легко перейти к минимально жизнеспособному продукту. Однако проблемы с сертификацией аэрокосмических стартапов влекут за собой огромные первоначальные затраты. При этом выручка компании нулевая. Это означает, что предложение венчурной фирме состоит в том, что у вас есть очень крутой продукт, который правительство может в конечном итоге разрешить вам продавать. Тем временем компании, вероятно, потребуется тратить 2 миллиона долларов США в месяц.
Так как же нам восполнить этот дефицит финансирования? Основываясь на прошлом опыте, вам нужно сердце и душа миллиардера, готового инвестировать в проект любимой страсти. А-ля Пол Грэм и Stratolaunch (самолет, созданный для доставки ракет в космос) или, что более очевидно, Илон Маск, электромобили и космические путешествия. Если это ответ, то похоже, что Eviation имеет наибольшую поддержку на данный момент благодаря поддержке миллиардера Ричарда Чендлера. Но давайте взглянем на всех игроков более подробно.
Стартап Ampaire из Лос-Анджелеса. первоначально ориентируется на шести-, девяти- и 19-местные пассажирские самолеты. Ampaire использует существующую структуру и модернизирует решение, что в отчете IDTechEx оценивается как «прогулка, прежде чем они попытаются реализовать стратегию». Генеральный директор компании Ampaire Кевин Норткер считает, что «наиболее эффективным с точки зрения капиталовложений и времени является подход, основанный на существующих планерах».
Ампэр недавно успешно испытал пятиместный самолет с модернизированным электродвигателем, приводящим в движение пропеллер в задней части самолета, и обычным двигателем внутреннего сгорания, приводящим в движение пропеллер в передней части самолета. Модернизация, первоначально Cessna Skymaster, может проехать до 200 миль на одной зарядке и потребляет на 55% меньше топлива, чем немодифицированный самолет, и стоит на 50% меньше в обслуживании. Генеральный директор Ampaire Кевин Норткер говорит:«Это что-то вроде подключаемого гибридного автомобиля. Здесь мы действительно идем на поводу у наземных электромобилей».
Начиная с конца этого года, гавайская авиакомпания Mokulele Airlines начнет испытания гибридного самолета с Ampaire на пригородном маршруте между аэропортами Кахулуи и Хана на Гавайях. Текущий план, по словам Норткера, состоит в том, чтобы к 2021 году коммерчески доступный гибридный сервис был реализован.
Помимо Мокулеле, у Ampaire есть 14 писем о заинтересованности (LOI) от региональных авиакомпаний. Для Норткера это самые важные клиенты, которых он может завоевать.
<цитата>[Региональные авиалинии] — это компании, которые знают все тонкости. Они изо всех сил пытались быть прибыльными из-за стоимости топлива. Им сейчас нужны самолеты. Вот на этом мы и сосредоточились.
Кевин Норткер, генеральный директор AmaireКомпания Ampaire привлекла средства от различных венчурных инвесторов, государственных грантов и участников авиационной отрасли, таких как производитель двигателей Continental Aerospace.
Райт Электрик — еще один стартап из Лос-Анджелеса, атакующий рынок электрических самолетов. Бизнес-план Райта состоит в том, чтобы стать производителем самолетов, подобно Airbus и Boeing, посредством чего они проектируют и интегрируют системы. Однако для начала Райт берет обычный 9-местный существующий самолет и модернизирует его. Однако, в отличие от Ампера, конечной целью Райта является создание более традиционного пассажирского самолета — 150-местного самолета.
В 2017 году Wright Electric и easyJet объединились для создания 180-местного электрического самолета для полетов на расстояния до 300 миль, начиная с 2027 года. инновации самолетов с низким уровнем выбросов и, конечно же, сокращение расходов. Однако создание полностью электрического реактивного самолета такого размера кажется довольно сложной задачей, и, скорее всего, это произойдет не раньше, чем через десять лет.
Самолеты easyJet будущего могут быть оснащены сменными аккумуляторными блоками с улучшенным химическим составом элементов.
В 2017 году компания Wright Electric представила свою идею бестопливного 150-местного самолета на демонстрационном дне Y Combinator в Силиконовой долине с целью выполнения полетов на короткие расстояния в ближайшие 10–20 лет. По данным Crunchbase, компания привлекла в общей сложности 120 000 долларов США, а Y Combinator выступила в качестве ведущего инвестора.
В штате Вашингтон Zunum Aero , при поддержке Boeing и JetBlue, готовила испытательные полеты своего гибридного самолета где-то в 2019 году, однако недавно признала, что испытывает некоторые трудности с привлечением нового раунда финансирования. Zunum, похоже, совершил ошибку, перейдя сразу к более крупным гибридно-электрическим самолетам. В июле 2019 года Forbes сообщил, что Zunum закрыла свою штаб-квартиру в Ботелле, штат Вашингтон, закрыла офисы в Индианаполисе и Иллинойсе и уволила почти всех 70 сотрудников. The Seattle Times сообщила, что у Zunum «закончились деньги, и большая часть операций рухнула». На своем веб-сайте Zunum в настоящее время привлекает инвесторов для серии B на сумму 50 миллионов долларов. По оценкам Zunum, для вывода ZA10 на рынок потребуется дополнительный капитал в размере 80 миллионов долларов за вычетом клиентских депозитов и производственных кредитов (включая производственное предприятие мощностью 150 единиц в год). ).
В то время как некоторые в этой области считают, что Zunum откусила больше, чем они могли проглотить, пытаясь сделать двигатель и планер одновременно, Дин Донован, управляющий директор инвестиционной компании DiamondStream Partners, специализирующейся на авиации и путешествиях, не видит большой разницы. с точки зрения необходимого капитала:«Если вам нужно 100 миллионов долларов и четыре года, чтобы начать летать, или 75 миллионов долларов и три года, чтобы начать летать… действительно ли это имеет значение?» Донован был действительно впечатлен командой Zunum, отметив, что у них «невероятное видение».
Если Zunum, поддерживаемый Boeing и Jet Blue, изо всех сил пытается сохранить свое финансирование, как стартап с неопределенной экономикой и множеством технологических и нормативных препятствий может добиться успеха? Возможно, ответ кроется в наличии одного огромного покровителя-миллиардера, как в случае с израильской компанией Eviation. .
Eviation произвела настоящий фурор на Парижском авиасалоне в июне. Компания получила «двузначные» заказы на свой электрический самолет Alice стоимостью 4 миллиона долларов. Алиса может пролететь до 650 миль со скоростью ~ 500 миль в час с электродвигателем на хвосте и на каждом из крыльев. Сообщается, что региональная авиакомпания Cape Air стала одной из первых авиакомпаний, разместивших заказы на коммерческие электрические самолеты.
По состоянию на февраль 2019 года (что, возможно, световые годы назад в этой быстро развивающейся отрасли) Eviation представляла собой компанию со штатом из 35 сотрудников и финансированием в размере около 200 миллионов долларов, обеспеченным для прохождения сертификации, — относительно солидный военный бюджет. Большая часть финансирования поступила от частного инвестиционного фонда Clermont Group миллиардера Ричарда Чендлера. Clermont инвестировал 76 млн долларов в обмен на облигации, конвертируемые в 70 % акций Eviation, согласно заявлению Комиссии по ценным бумагам и биржам США.
Полностью электрические самолеты используют аккумуляторы (или некоторые накопители энергии, такие как топливные элементы) для питания электродвигателя, а не реактивное топливо для питания двигателя. Современные типы батарей для питания электродвигателей часто основаны на литии, однако, учитывая ограниченный срок службы между зарядками, они имеют ограниченный диапазон.
Нынешние литий-ионные батареи могут развивать максимальную скорость ~ 200 миль в час по сравнению с текущей крейсерской скоростью пассажирского самолета ~ 500 миль в час. В то время как автомобильная промышленность добилась больших успехов в области литий-ионных аккумуляторов, автомобильная промышленность, вероятно, удовлетворится гравиметрической плотностью ~ 350-400 Втч / кг, тогда как для современных авиационных силовых установок потребуется около ~ 500 Втч / кг. Поэтому эстафету должна принять авиационная промышленность. Роланд Бергер предложил разумную дорожную карту для аккумуляторов на 500 Втч/кг здесь.
Второй вариант, который, скорее всего, станет популярным в ближайшем будущем, – это электрогибрид. модель, в которой газовая турбина сочетается с системой накопления энергии, приводящей в движение электродвигатель на определенных участках полета . В конце концов, полностью электрическим автомобилям предшествовали гибриды примерно на 20 лет.
Ампир модернизировала Cessna для своей гибридной концепции с помощью Ampaire 337, в котором один из двух двигателей заменен электродвигателем. Помимо технологических ограничений, модернизация гибридных моделей является привлекательным направлением для владельцев электрических самолетов, поскольку контроль со стороны регулирующих органов, вероятно, будет менее строгим.
Гибридный электрический самолет
НАСА был одним из первых, кто исследовал электрические двигатели самолетов (EAP) с целью снижения выбросов и шумового загрязнения. У НАСА есть полуэлектрический самолет, в котором топливные элементы а не батареи, генерирующие электроэнергию, которая, как ожидается, может быть введена в эксплуатацию в 2035 году. По сути, они разрабатывают системы питания, которые намного легче и эффективнее, которые, как ожидается, обеспечат EAP для узкофюзеляжных самолетов, таких как Boeing 737. таких крупных самолетов, как Боинг 737, скорее всего, не будет, так как первоначальные решения будут сосредоточены на региональных самолетах, более подходящих для обслуживания аэропортов уровня 2.
План НАСА по созданию электрифицированных авиационных двигателей (EAP) для больших самолетов
Генеральный директор Ampaire Кевин Норткер отметил интересную проблему, связанную с преследованием этой технологии:к тому времени, когда части электрифицированной силовой установки пройдут процесс утверждения FAA, она устареет. Таким образом, они должны постоянно думать на 10 шагов вперед. Норткер приравнивает инновации, необходимые для цикла обновления iPhone. «Мы должны следить за регулярными обновлениями, почти как выпуск iPhone для этих самолетов, и будь то в программном обеспечении, системах управления или технологии аккумуляторов, это интересная область, в которой вы никогда не ждете. Мы не ждем технологий. Мы, безусловно, движемся с тем, что доступно, но мы должны быть устойчивыми к этим изменениям. И это интересная возможность и вызов».
Дин Донован также отмечает некоторые серьезные препятствия на пути внедрения электрических коммерческих самолетов:«Вам необходимо решить проблемы со временем зарядки аккумуляторов, проблемами управления воздушным движением, проблемами пилотов и безопасностью. С точки зрения безопасности, каждый отдельный полет мог бы быть безопаснее, потому что в электрический двигатель можно встроить избыточность, которой нет в традиционных двигателях, поэтому, если вы потеряете часть, вы не потеряете все… Но с большим количеством самолетов поскольку 9-местные самолеты перевозят все больше пассажиров, количество несчастных случаев может увеличиться».
По словам некоторых руководителей, с которыми мы разговаривали, самым большим препятствием для усыновления является безразличие. Без того, чтобы руководители самолетов поверили, что это стоящая инвестиция, отрасль не взлетит. Генеральный директор Wright Electric Джефф Энглер (Jeff Engler) считает, что более высокие инвестиции в НИОКР сверху ускорят решение многих задач, связанных с электрическими самолетами. «Представьте, если бы в 100 раз больше инженеров работали [над проблемой аккумуляторов], насколько больше инноваций мы получили бы».
Повышенное стремление к снижению выбросов, снижению затрат и открытию регионального рынка — все это движущие факторы рынка гибридных электромобилей. Вполне вероятно, что рынок охватывает следующие рынки в хронологическом порядке:(1) малые самолеты для сбора пыли / прыжков с островов / прыжков с парашютом / прыжков через кусты в ~ 2020 г., (2) небольшие чартерные и грузовые самолеты в ~ 2025 г. и (3) 50-70-местные самолеты. к 2030 году.
Все, что нам сейчас нужно, — это аккумуляторная технология (и инфраструктура). Вызов мистера Маска.