从100公里到1000公里：中央氢房技术驱动氢能无人机航程跃升
发布日期：2025/4/28
01工业无人机技术路线分析
在上一篇文章《深度分析|氢能无人机能异军突起吗？》中我们已经从多个角度分析并对比了氢能工业无人机相比于锂电工业无人机的优劣势。这些角度包括：能量密度与续航、环境适应性、动力系统成本、动力系统寿命。从分析结果来看：除了动力系统成本，两种技术路线基本持平外，其他三个角度氢能路线更占优势。
图1 氢能与锂电工业无人机对比
由此我们引出一个问题：既然氢能工业无人机优势这么明显，为何市场上仍然以锂电工业无人机为主？
今天这篇文章我们针对这个问题进行分析，并且提出小鱼个人的思路；之后，分析工业无人机的市场规模数据，以供阅读的朋友参考。
02氢能无人机的储氢技术
几乎所有涉及到氢能技术的领域，都必须要面对一个问题：如何储氢？
工业无人机也不例外。在上一篇文章中我们假设氢能无人机配备的是体积为10-20L的70MPa的氢气瓶。相信很多朋友会提出问题：为什么是气态储氢？固态储氢行不行？液态储氢行不行？
图2 小型储氢瓶
针对这个问题，我们看一组不同储氢技术路线的数据：
表1 不同储氢技术对比（当前技术）
参照表1对几种储氢技术路线进行分析：
（1）虽然液氢储氢技术在车载领域已有示范，但是对于中小型的无人机来说是极具挑战的，原因在于液态储氢需要将氢气本身的温度降低至-273℃，需要一套可靠且复杂的降温、保温系统；且不说能耗高，工业无人机的体积和载荷就已经限制了液氢技术的应用。
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图3 车载液态储氢技术示意图
（2）目前比较成熟的固态储氢方案是金属氢化物储氢，虽然固态储氢具有压力低、安全、便于运输的特点，但金属氢化物固态储氢的致命缺点是质量储氢密度低；相同的氢气储量，储氢系统的质量要比气态储氢系统重2-4倍。
图4 固态储氢瓶示意图
（3）可见，就目前技术而言，高压气态储氢是工业无人机匹配度最高的储氢技术方案。
图5 气态储氢瓶示意图
因此，现阶段高压气态储氢是工业无人机匹配度最高的储氢技术方案。当然，未来随着技术的发展，工业无人机的储氢技术可能会发生变化。
03氢能无人机的用氢痛点
我们确定了氢能工业无人机的储氢技术路线，另一个问题也就随之而来：如何加氢呢？我想这个问题是伴随着氢能工业无人机最大的痛点问题。
这里面有两个问题需要考虑：
（1）氢气从哪里来？
（2）如何将储氢瓶的氢气增压到35MPa或者70MPa？
对于问题（1）：虽然新颁布的《能源法》赋予了氢气能源的属性，但氢气作为危化品的本色并没有因此改变。当前，氢气的使用仍然要遵循严格的法律规定和规范。而目前所建的加氢站主要服务于车载储氢系统，对于车载储氢系统一般配备有标准的加氢枪或加氢口，例如TN1、TN5等。无人机的氢气加注，目前很难与加氢站直接对接；且无人机单次用氢量少，加氢站本身是否有意愿为其提供氢气也是一个问题。
图6 规范的加氢流程
对于问题（2）：提高储氢压力是增加氢能工业无人机最直接、最有效的方式。但目前工业钢瓶气体压力一般≤20MPa；因此，如果无法从加氢站直接获取高压氢气，就必须自行采用增压机对氢气进行增压。那么，这样的方案是否能够解决氢气使用的痛点问题呢？
04如何解决用氢难问题
为了使得氢能工业无人机中的氢气压力达到35MPa或者更高的压力，燃料电池无论是企业还是工程师，都下足了功夫。不仅开发了燃料电池电堆、系统，还开发出了增压机、小型制氢机；目的就是一步一个脚印的打通所有产业链堵点。
气态高压储氢：工业氢气→增压机→燃料电池应用。
固态低压储氢：小型制氢机→固态低压储氢瓶→燃料电池应用（永安行率先提出并商业化，这里给永安行点个赞）。
我们以氢航科技为例，看一看增压方案如何实现？
图7 氢气增压方案
增压流程：
（1）由常规的工业氢气生产商提供普通15-20MPa的工业氢气；
（2）工业氢气瓶接入到增压机入口，碳纤维气瓶接入到增压机出口；
（3）增压机增压，将15-20MPa的低压氢气增压至35-70MPa；
（4）35-70MPa碳纤维气瓶为无人机供氢使用。
这样的应用方式，小鱼认为从技术层面已经完成了闭环。但同时也带来一个问题，甚至降低氢能工业无人机的竞争力，即增压机的成本。一般来说，单用户单区域对于无人机的数量需求不会大，但增压机的引入大幅增加整个氢能无人机使用体系的成本。根据小鱼调研的实际价格，类似上述氢气增压机的价格在6-8万元以上。设备购入成本翻了几倍，对于用户而言，压力是有的。那么，如何消解额外的成本呢？无他，提高单个增压机对应的用户群体数量，以此来分摊增压机的成本。
05“中央氢房” + 标准化
这个方案，在小鱼的脑海里想了很长时间，今天在这里写一写。如果有朋友感兴趣，欢迎私信讨论。
图8 中央氢房概念示意图
“中央氢房”的概念源于“中央厨房”，类似将做好的菜品配送给消费者，将不便于与加氢站对接的氢瓶进行标准化并统一配送。这种模式本身并不是新鲜事物，液化天然气就是这种模式。具体运营流程上：
（1）配气站采入增压机，通过向用户配送需求压力的氢气逐步实现成本回收和盈利；
（2）标准化35MPa或者70MPa气瓶的快插接口，统一消费端的机械接口设计；
（3）为了确保安全性，除了手阀，氢瓶集成特定通讯协议的电磁阀，手动无法直接打开；
（4）按照不同的体积划分气瓶的储氢容量，满足不同用户的需求，包括无人机、叉车等等；
（5）用户根据实际需求进行订货，完成商业上的闭环。
这种模式能够带来的益处有：
（1）氢气使用的规范和流程没有改变，由具备资质的气站操作，更安全；
（2）类似于工业氢，气站面对多用户，大幅提高设备利用率，降低全链条成本；
（3）用户用氢更便捷，且使用门槛降低，成本降低；
（4）氢气瓶规格标准化、多样化，推动氢能多领域应用。
这一节是小鱼的构想，不便于说太多，更多内容欢迎大家私信交流。
06氢能无人机市场规模分析
注：参考开源证券报告《氢能无人机商业化初启，氢能+低空双蓝海赛道腾飞》。
2030年中国氢能无人机市场规模有望超140亿元，2023-2030年CAGR高达110.7%。
预计2025年中国工业无人机市场规模将破1200亿元。根据中商情报网数据，2023 年中国民用无人机市场规模达1174.3亿元，随着无人机民用化发展，2025年市场规模有望达1691 亿元，2021-2025年CAGR为26.9%，维持高速增长。2023 年工业无人机市场规模为766.8 亿元，占65.3%，随着工业无人机核心技术突破，应用深度和广度不断提升，将成为民用无人机产业发展的重点，其占比有望持续提升，我们预计 2025 年工业无人机占比将达75%，市场规模为1268.3亿元。
图9 无人机市场规模分析
氢能无人机有望自2025年开启初步商业化进程，2030年中国市场规模或超140亿元，2023-2030年CAGR达110.7%。根据QYResearch调研数据，2023年、2024年全球氢燃料电池无人机市场规模约为0.27、0.41亿美元，测算后渗透率约0.1%。2024年协氢科技获6亿元农业氢能无人机出口订单，说明产业已从研发试验期逐步向商业化初期过渡。我们认为随着更多产品达到商用标准，2025年将有更多订单落地，2025-2030年进入商业化0-1关键阶段，2030年中国氢能无人机市场规模有望达141.3亿元，渗透率3%，2023-2030年CAGR高达 110.7%。
图10 氢能无人机市场规模预测
07附氢能无人机优劣势分析与对比
注：看过上一篇文章的朋友，此处以后可忽略。
附录1：能量密度与续航对比
无人机的航程与飞行时间，强依赖于整个飞机的质量，因此首先需要考虑两种技术路线下的能量密度。小鱼查询了很多资料，均认为氢燃料电池的能量密度显著高于锂电池，但是都缺少计算过程。为了严谨、客观和准确，我们按照目前最实际的数据进行计算：
（1）参照丰田在中国合资公司华丰科技发布的TL Power150数据，取燃料电池的相关参数；
（2）工业无人机的动力系统普遍在2-20kW之间，我们取10kW作为计算目标值；
（3）配备压力为70MPa、体积为12L的储氢瓶。
表2 无人机能量密度测算
可见：当前燃料电池动力系统，包含储氢瓶的总能量密度达到了708.2Wh/kg。那么当前锂电池的能量密度大概是什么水平呢？
根据公开的信息查询，磷酸铁锂的能量密度一般在100-160kWh/kg，而三元锂电池的能量密度则一般在150-300Wh/kg左右。
图11 能量密度对比
因此，根据当前有效的数据论证，相比于磷酸铁锂电池和三元锂电池，氢燃料在在能量密度方面确实存在着显著的优势。因为无人机的航程与飞行时间，强依赖于整个飞机的质量，因此可以进一步认为，氢燃料电池无人机在续航上也是具备优势的。
从表1（上一篇文章表1）中可以看到，工业无人机对于载重和续航有非常高的要求，因此相比于锂电池无人机，氢燃料电池无人机至少在载重和续航方面是有优势的。
附录2：环境适应性对比
无人机环境适应性要求
不同领域的无人机对于环境的要求是不一样的。如表2列出了不同应用领域下无人机对于动力系统的要求。
表3 无人机技术参数
消费级无人机：日常生活所用，几乎无载重、飞行高度低、一般不面临高温、高寒、高原等恶劣环境。
工业级无人机：工业级无人机应用环境多样且复杂。测绘与巡检类无人机、军用无人机、应急救援无人机，常常需要在高原、高寒、高温等恶劣环境下作业，因此对于动力系统有着严格的要求。
图12 寒冷条件下无人机作业
那么氢能和锂电技术的适应性如何呢？
锂电池无人机环境适应性
近年来锂电池技术取得了长足发展，但就低温适应性而言，仍然是存在不足的：
（1）锂电池的低温启动及功率充足释放需要一些辅助手段；
（2）锂电池在低温环境下容量降低，导致无人机的续航大打折扣。
图13 锂电池容量与温度曲线
氢能无人机环境适应性氢燃料电池的特点是：
（1）发电依赖于燃料电池系统，属于即时发电，“即用即发”；
（2）储能依赖于氢瓶，氢瓶储存的氢气量受温度影响小，甚至温度越低，存储量越大。
Q=ρ*V
其中Q为储氢质量，ρ为氢气密度，V为氢气体积。
图14 无人机用燃料电池系统
目前车用燃料电池面对低温环境时，-30℃冷启动是完全没有问题的；原理上，在无人机上实现-30℃冷启动是可行的。最为关键的，低温环境下氢能无人机的续航是完全有保障的。
综上所述，就环境适应性而言，氢能无人机似乎更胜一筹。
附录3：动力系统成本对比
将成本分析放到了比较靠后的位置，主要考虑到以下两点：
（1）氢能工业无人机在用户需求满足上高于锂电工业无人机，不再是完全竞争关系，而是补位关系；就像电瓶车和摩托车的关系，摩托车续航更长，动力更足，适合山区等场景，而电动车则更适用于平原城市工况；
（2）工业无人机不以盈利为目的，属于辅助性设备，对价格敏感度降低。
根据表1，工业无人机单次的电量假设为10kWh。
氢燃料电池动力系统成本
需要注意的是，燃料电池动力系统成本应分为两部分，即功率成本和储能成本；功率成本对应燃料电池系统，储能成本对应储氢瓶。
（1）功率成本：按照目前中国燃料电池系统成本，已经可以做到1000元/kW，因此10kW的系统成本约为1万元；
（2）储能成本：70MPa无人机用氢瓶成本数据较少，但是基于根据小鱼之前与氢瓶厂家沟通的数据，未量产的62L体积的70MPa氢瓶，价格约为2.5万元。这里推测12L的70MPa的量产氢瓶价格为2000元左右。
（3）考虑到纯氢能无人机动力偏软，需要配备一定容量的锂电池作为辅助动力，这里动力电池选用1kWh的锂电池，价格为1000元。
综上，氢燃料电池动力系统成本为1.3万元。
图15 大疆氢电版M350RTK无人机
锂电池动力系统成本
锂电池系统本身包含了功率成本和储能成本。根据查询，目前市场上电池价格差异较大，我们参考京东出售的无人机锂电池价格，1kWh的电池价格约为1.5万元。
图16 大疆纯电版M350RTK无人机
综上，锂电池动力系统成本为1.5万元。需要说明的是，本参考价选用的是大疆无人机，电池价格可能存在一定程度的溢价。
就动力系统成本的而言，氢能无人机和锂电无人机成本基本一致。
附录4：动力系统寿命对比
氢燃料电池动力系统寿命
根据目前的行业数据，车用级别的燃料电池启停寿命能够达到30000次，运行寿命＞5000h。当然，燃料电池系统适用到无人机上，势必为进行系统层级的简化，其寿命会受到影响。根据膜电极启停寿命试验分析，即便阴极敞口的设计，启停寿命次数也一般＞1000次以上。运行寿命3000h也是合理的预期。
图17 丰田燃料电池系统寿命数据
锂电池动力系统寿命
根据公开的数据，无人机锂电池启停次数约300次左右，京东提供的大疆M350RTK电池循环寿命标称为400次，单次运行55min，运行寿命约为400h左右。
图18 大疆M350RTK电池寿命
因此，从寿命数据来讲，氢能无人机似乎又拔得一筹。
来源：八里行云 作者：氢能小鱼
