Зеленый для взлета - внутри индустрии электрических самолетов

Почему United сократила свой бортовой журнал на одну унцию

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.

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; батарея, инфраструктура, безопасность и нормативные вопросы изобилуют.

В этой статье анализируются причины, по которым электрические самолеты сейчас выходят на первый план, технологии и препятствия, размер рынка и конкурентная среда. Мы также попробуем угадать, когда вы полетите на своем первом электрическом самолете.

Почему электрические самолеты взлетают сейчас?

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:

1. Более низкие эксплуатационные расходы
2. Открытие нового регионального туристического рынка
3. Способность соответствовать обязательным стандартам выбросов углерода

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. Это снижение затрат станет благом для рынка ближнемагистральных перевозок стоимостью 26 миллиардов долларов (около 30% всех рейсов в настоящее время), создав обслуживание между небольшими региональными аэропортами, которые в настоящее время нерентабельны.

Дин Донован, управляющий директор инвестиционной компании DiamondStream Partners, занимающейся авиаперевозками и путешествиями, видит, как электрические самолеты могут спасти ситуацию для нерентабельных в настоящее время региональных направлений, оценив, что дополнительные около 8000 аэропортов смогут обслуживать с прибылью.

Ожидается, что электрические самолеты откроют ранее убыточные региональные маршруты

Кроме того, благодаря многим технологическим прорывам автомобильных компаний, работающих над электромобилями, на рынок выходят новые более дешевые, 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 сборов 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, это будет иметь смысл».

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 испытаний «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 будет работать со стартапом по производству электрических самолетов Wright Electric над «системами управления полетом и управления энергопотреблением».

Огромный региональный рынок ждет вспышки (анализ размера рынка)

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 миллиардов долларов, а мировой рынок коммерческих самолетов — 840 миллиардов долларов . 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, что рынок гибридной электрической авиации к 2040 году составит 178 миллиардов долларов, 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, такие как Eviation, Ampaire и Wright Electric, выпустят жизнеспособные продукты, рынок должен начать улетать.

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 прогнозов аэрокосмических экспертов Роланда Бергера находится в аналогичном полушарии — прогнозируется, что первый гибридный электрический самолет с более чем 50 местами будет введен в коммерческую эксплуатацию к 2032 году.

Карта прогноза электрических двигателей Siemens: к 2050 году электродвигатели станут стандартом

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 аэропортов, которые можно было бы обслуживать в коммерческих целях, 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. Повышенный спрос является движущим фактором».

Далее, давайте взглянем на отдельных игроков, управляющих этим рынком.

Крупные OEM-производители окунают свои крылья в электромобили

Крупные OEM-производители, такие как Boeing и Airbus , окунули свои пальцы на рынок электрических самолетов. Компания Boeing заключила партнерское соглашение со стартапом Zunum (подробнее в разделе « Шокирующие стартапы » ниже), чтобы получить некоторое представление об отрасли, а 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 своего 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 крупный OEM-производитель, такой как Boeing, инвестирует в будущее автономных электрических «летающих такси», создавая совершенно новый вид транспорта для городской мобильности (вспомните: прыжки с небоскребов).

Airbus также заинтересован в запуске собственной сети летающих такси. В прошлом году Airbus продемонстрировал свой СВВП Vahana. В марте 2019 года Airbus и Audi представили свое 4-местное воздушное такси CityAirbus в рамках инициативы ЕС по проекту городской воздушной мобильности и написали в Твиттере: «Скоро первый полет».

Однако существует так много неопределенностей — возможная экономика, проблемы регулирования, проблемы безопасности, проблемы инфраструктуры (как система управления воздушным движением, которая и без того испытывает трудности, справится с 10-кратным увеличением числа 9-местных самолетов?) и многое другое. Эти неизвестные мешают крупным, публично торгуемым OEM-производителям инвестировать значительный капитал и, следовательно, открывают рынок для предприимчивых, энергичных стартапов, ищущих альфу.

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. Неясно, как это будет происходить, поэтому стартапы позволяют им участвовать в некоторых областях с низким уровнем риска».

Итак, давайте взглянем на этих лоскутных, новых игроков.

Шокирующие стартапы электризуют сонную отрасль (финансовая модель и анализ конкурентной среды)

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 миллионов долларов финансирования, всей отрасли потребуется финансирование в размере 17 миллиардов 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. В то же время компании, вероятно, необходимо тратить 2 миллиона долларов 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.

Ampaire – Взгляд на приз: агрессивная ориентация на региональные

Стратегия

Лос-анджелесский стартап Ampaire изначально фокусируется на шести-, девяти- и 19-местных пассажирских самолетах. Ampaire использует существующую структуру и модернизирует решение, что в отчете IDTechEx оценивается как «прогулка, прежде чем они попытаются реализовать стратегию». Генеральный директор Ampaire Кевин Норткер считает, что «наиболее эффективный с точки зрения капиталовложений и времени подход — начать с существующих планеров».

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».

Клиенты

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 гибридный сервис стал коммерчески доступен.

Помимо Мокулеле, у Ampaire есть 14 писем о заинтересованности (LOI) от региональных авиакомпаний. Для Норткера это самые важные клиенты, которых он может завоевать.

[Региональные авиалинии] — это компании, которые знают все тонкости. Они изо всех сил пытались быть прибыльными из-за стоимости топлива. Им сейчас нужны самолеты. И вот на чем мы сосредоточены.

Кевин Норткер, генеральный директор Amaire

Финансирование

Ampaire привлекла деньги от различных венчурных капиталистов, государственных грантов и от игроков в авиационной отрасли, таких как производитель двигателей Continental Aerospace.

Wright Electric - Блиц-масштабирование до 150-местных самолетов

Стратегия

Wright Electric — 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.

Клиенты

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. Тем не менее, создание полностью электрического самолета такого размера кажется довольно сложной задачей, и, вероятно, это произойдет не раньше, чем через десять лет.

Будущие самолеты easyJet могут быть оснащены сменными аккумуляторными блоками с улучшенным химическим составом элементов.

Финансирование

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 тысяч долларов с Y Combinator в качестве ведущего инвестора.

Zunum Aero — огромное видение, но нехватка финансирования

В штате Вашингтон компания 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 ищет 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 базирующейся в Израиле Eviation .

Eviation - Красавица парижского авиасалона получает реальные заказы

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 из 35 сотрудников с 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. Согласно заявлению SEC, Clermont инвестировал 76 миллионов долларов в обмен на облигации, конвертируемые в 70% акций Eviation.

Внедрение электрического коммерческого самолета: немного турбулентности, чтобы добраться до голубого неба

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 запас хода.

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 здесь разумную дорожную карту для аккумуляторов на 500 Втч/кг.

Второй вариант, который, скорее всего, будет востребован в ближайшем будущем, — это гибридная электрическая модель, которая сочетает в себе газовую турбину с системой накопления энергии, которая приводит в действие электродвигатель на определенных участках полета . В конце концов, полностью электрическим автомобилям около 20 лет предшествовали гибриды.

Компания Ampaire модернизировала Cessna для своей гибридной концепции, представив модель Ampaire 337, в которой один из двух двигателей заменен электродвигателем. Помимо технологических ограничений, модернизация гибридных моделей является привлекательным направлением для заинтересованных сторон, поскольку контроль со стороны регулирующих органов, вероятно, будет менее строгим.

Гибридный электрический самолет

НАСА было одним из первых, кто исследовал электрические летательные аппараты (EAP), чтобы уменьшить выбросы и шумовое загрязнение. У НАСА есть полуэлектрический самолет, в котором топливные элементы , а не батареи, вырабатывают электроэнергию, который, как ожидается, может быть введен в эксплуатацию в 2035 году. самолетов между проходами, таких как Boeing 737. Тем не менее, такие большие самолеты, как 737, скорее всего, очень далеки, поскольку первоначальные решения будут сосредоточены на региональных самолетах, более подходящих для обслуживания аэропортов уровня 2.

План НАСА по электрификации самолетов (EAP) для более крупных 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 аккумуляторной технологии, 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 летая, поскольку 9-местные самолеты берут на борт все большее количество 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 будет развиваться. 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 батареи], насколько больше инноваций мы получили бы».

Итак, когда мы зажжем небо?

Возросшее желание снизить выбросы, снизить затраты и открыть региональный рынок — все это движущие факторы рынка гибридных электромобилей. Вполне вероятно, что рынок охватывает следующие рынки в хронологическом порядке: (1) небольшие самолеты для уборки урожая / 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). Пейджинг мистер Маск.