行业研究|氢能无人机

2026年全国两会明确提出了氢能源，具体表述为：“加快推动全面绿色转型”部分，明确提出“设立国家低碳转型基金，培育氢能、绿色燃料等新增长点”。这是氢能第三次被写入政府工作报告，同时被明确为国家低碳转型基金重点培育的新增长点。这一部署并非偶然，而是国家能源战略的持续发力，在国际能源局势动荡、我国石油对外依存度居高不下的背景下，氢能与绿色燃料的组合发力，成为破解能源安全痛点、实现全社会深度脱碳的核心抓手，更是我国能源结构转型的必由之路：替代石油、保障能源安全；降低碳排放、促进绿色发展；促进新能源非电利用和消纳、增强发展新动能。

1.1 氢能无人机应用前景分析

氢能应用的边界一直在扩张，从燃料电池功率等级角度看：

（1）往液冷大功率方向走，主要考虑公路重载，水路航运等领域的应用；

（2）往风冷小功率方向走，主要考虑两轮车，无人机等领域的应用。

资料来源：公开材料

这样的趋势，究其原因都是避开纯电技术的市场化行为。其中关于小功率应用场景，除开氢能两轮车的方向，有特殊需求的工业无人机领域更有前景，工业级民用氢能无人机有以下特点：

（1）用户对氢气的经济性，便利性，安全性的敏感度大幅降低；

（2）用户对无人机的续航，环境适应性，寿命提出更高的要求；

（3）氢动力能够在续航，低温场景，寿命等方面针对性挑战纯电技术的劣势，形成竞争力。

更为具体的，氢能无人机相较锂电无人机核心优势在于高续航，快补能，强环境适应性和使用寿命，具备更高工作效率和能力边界，且特别适用于严苛条件下作业，例如高寒地区电力巡检，远距离物流配送，应急物资输送，偏远山区长距离勘测等。

基于以上分析：氢能无人机有望在工业领域率先落地。

1.2 氢能无人机以氢燃料为动力源，核心部件为氢燃料电池

氢能无人机是以氢燃料作为动力源的无人机系统。氢能动力的核心在于通过氢燃料电池将氢气的化学能高效转化为电能，进而驱动无人机飞行。

氢能无人机的推进系统从动力来源可分为燃料电池和内燃机。氢气可以在燃料电池中发生电化学反应，产生电能，直接驱动电机运转；也可以通过燃烧产生高温高压气体，推动涡轮机或活塞发动机工作。细分来看，主要包括：（1）氢燃料电池：将燃料的化学能直接转化为电能，无需燃烧，因此运行过程低噪低振，且产热量较小，效率更高；（2）氢内燃机：直接将气态氢输送进燃烧室进行燃烧产生推力，相较其他推进技术有更高的比功率，且技术更为成熟，更适合大型无人机；（3）氢混合动力系统：在使用氢气为主要能源的基础上，辅助使用其他能源，是当前主流的动力方式。

资料来源：开源证券研究所

当前以燃料电池混动系统为主流，搭配锂电池弥补燃料电池响应速度慢的问题。氢混合动力系统又分为氢燃料电池-电池、氢内燃机-电池、氢燃料电池-太阳能-电池，目前氢混动力无人机中大多数采用的是氢燃料电池-电池混合动力系统，其具备能量转换效率高、零排放、低噪音等优点。

无人机的氢动力系统主要由氢燃料电池、控制器、氢气瓶组成。从具体部件来看：（1）氢燃料电池：通过电化学反应将氢气和氧气转化为电能，为无人机提供电力；（2）控制器：监控和管理无人机状态，包括对氢气储存量、燃料电池输出功率、电池电量（如有辅助电池）等的监测和控制；（3）氢气瓶：通常配备高压储氢罐或其他储氢装置，以储存氢气，为飞行提供燃料。

资料来源：开源证券研究所

燃料电池为氢能无人机的动力核心，能够直接将燃料的化学能通过电极转化为电能。燃料电池是一种电化学发电装置，氢气在经过阳极流道后扩散进入气体扩散层，在催化层的作用下失去电子，并通过质子交换膜将质子转移到阴极侧。氧气在经过阴极流道后扩散进入气体扩散层，并在催化剂的作用下与通过质子交换膜的质子和来自外电路的电子结合形成水。经此过程，可以在阴极和阳极之间形成持续的电流。

质子交换膜燃料电池因功率密度高及启动速度快等优点而被广泛应用。根据电解质的种类不同，燃料电池可分为碱性燃料电池（AFC）、质子交换膜燃料电池（PEMFC）、磷酸燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）五大类。其中，质子交换膜燃料电池（PEMFC）是目前氢燃料电池的主流技术方案，具有高能量密度、低工作温度、快速启动等优点，能够在较短时间内达到稳定的功率输出，为无人机提供高效可靠的动力。

1.3 无人机最主流的机翼构造为旋翼，占比超50%

无人机按照机翼构造可分为固定翼、旋翼和复合翼，其中旋翼占比超50%。无人机不同的机翼构造具有不同的飞行特点和适用场景：

（1）固定翼：优势在于飞行速度快、单次航程远，适用于大面积测绘、长距离巡检等任务；

（2）旋翼：能够垂直起降、操作灵活，可在城市狭窄街巷、山区复杂地形等狭小空间作业，常用于低空拍摄、城市应急救援等场景；

（3）复合翼：融合固定翼和旋翼的特点，可满足复杂地形起降需求和长距离高效寻航，使用场景广泛，但是技术复杂度高、成本相对昂贵、维护难度较大。

多旋翼无人机占我国无人机市场份额比重最大，达到51.15%，其次为固定翼无人机，占比超过40%。

资料来源：开源证券研究所

2.1 氢能VS锂电：氢电在全生命周期经济性优势显著，比锂电低约10-15%

相较传统锂电，氢能无人机在能量密度、续航时间、储能效率、环境适应性、补能速度、寿命周期等多方面表现更为优越：

（1）能量密度和续航时间：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。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。理论值氢能可达锂电池的3-5倍，氢能无人机续航可达3-10小时，显著高于锂电无人机的0.5-1小时；

（2）储能效率：燃料电池的氢气存储在高压氢瓶中，且氢气密度远远小于动力电池密度，1个13.0L重5.7Kg的氢瓶，等价于35块TB48S动力电池（重量23.5Kg）；

（3）环境适应性：氢能无人机具有宽温域特性，可适用于-40℃到60℃的使用环境；目前车用燃料电池面对低温环境时，-30C冷启动是完全没有问题的；原理上，在无人机上实现-30C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。

资料来源：公开材料

（4）补能速度：加氢类似加油，通常3-5分钟即可完成，而锂电池完全充放电需要1-2小时；

（5）寿命周期：氢燃料电池寿命通常能达2000小时及以上，而锂电池仅有300-500次充放电循环寿命（约200小时）。

资料来源：开源证券研究所

氢能无人机初始购置成本更高，但全生命周期使用成本更低。氢能版本机型由于需要配置燃料电池、储氢瓶、供氢系统等部件，初始购置成本更高。从整个生命周期来看，若设定一个使用场景（货物运输）：氢能无人机在满载情况下（15kg）每年运行400小时，生命周期补能约2000次，对应锂电无人机满载（30kg）下每年运行200小时，生命周期补能约3300次。

若考虑后续电池报废、更换等因素，氢能成本将比锂电低10%，如果终端使用场景高强度，氢能版具备更强的经济性。

若考虑加氢补贴政策影响，氢能无人机经济性将进一步增强。近年，各地陆续发布氢能补贴相关政策，例如，北京、克拉玛依、大连分别对加氢价格30、25、20元/kg及以下的加氢站进行运营补贴。假设补贴后加氢价格为25、20元/kg，对氢能无人机使用成本进行测算，分别对应18.16/17.54万元，相对锂电下降12.9%/15.9%。未来，随着产业成熟化、规模化推进，氢燃料电池、储氢瓶、加氢费用等成本下降，则氢能无人机性价比有望进一步凸显。

2.2 氢能VS燃油：氢电在常规场景下经济性优势显著，比燃油低约40%

燃油无人机燃料获取不便、维护成本较高、动力响应速度较慢，使用条件受限。燃油无人机虽具备长续航和高能量密度的优势，但其应用面临多重挑战：（1）燃料难以获取：受限于安全法规，普通汽油难以散装购买；（2）燃油发动机寿命短：二冲程航空发动机寿命极短，通常仅50-100小时，需频繁大修，维护成本高昂；（3）动力响应滞后：油动发动机的动力响应速度滞后，操控延迟可能在作业中引发安全隐患。因此，燃油无人机多用于军事或极长续航、高载重需求场景，应用相对单一。

燃油无人机能源成本、保养成本高，整体经济性显著低于氢能无人机。

3.1 燃料电池

氢燃料电池成本结构中，占比最高的为燃料电堆，成本达30%；而燃料电堆中成本占比最高的为催化剂，占比达36%，系因燃料电堆催化剂主要为铂金属，成本高昂。

近年来，伴随优秀国产燃料电池产业链企业的崛起，核心材料和关键部件国产化水平持续提升，燃料电池的价格快速下降。从2021年开始燃料电池电堆及系统每年实现20%-50%幅度的下调，随着国产化进程的加速以及规模效应，燃料电池成本下降的趋势有望持续。

技术进步+国产化+规模效益提升将推动燃料电池系统成本下降。燃料电池价格下降主要依托三条路径：（1）技术进步：系统涉及优化和关键材料、零部件技术提升；（2）国产化：电堆、空气压缩机、膜电极、氢气循环系统、双极板等五项零部件国产化率已经超过80%，碳纸、质子交换膜、催化剂的进口比例分别为80%、93%、98%，仍待国产化进程推进。（3）规模效益：氢燃料电池规模上量将带动成本下降。

资料来源：开源证券研究所

2028年电池系统和电堆成本有望降至千元/kW及以下。2018-2023年，燃料电池系统、电堆成本分别由9600、6500元/kW降至2400、1500元/kW，预计到2028年，将分别降至1100、600元/kW，其中，膜电极和双极板成本将降至400、200元/kW，相较2024年仍有约50%的下降空间。

成本端快速下滑将促使燃料电池价格下降，有望激发终端应用潜能。

3.2 储氢瓶：国产碳纤维崛起，价格持续下探

高压气态储氢技术成熟，为当前主流，液态、固体储氢目前成本较高。（1）高压气态储氢：利用气体可压缩性实现高密度存储。技术成熟、充放氢快，占中国氢气储运市场90%的的份额，但储氢瓶要求高、体积储氢相对密度低。（2）低温液态储氢：冷却至-253℃实现液化。密度高、纯度高，但能耗高、储存要求高、运输有损失。（3）固体储氢（MOFs材料）：通过物理、化学吸附储存氢气。质量密度高、安全好，但吸附待提高、成本高。

资料来源：开源证券研究所

储气瓶为气态储氢技术的关键，当前常用III型瓶，Ⅳ型瓶仍在导入期。无人机储气瓶容量相对车用较小，一般不超过20L，工作压力在30~70MPa之间，当前主要选用碳纤维和环氧树脂作为缠绕层材料、铝合金作为内胆的III型氢气瓶。IV型瓶采用抗氢脆腐蚀的塑料内胆，安全性高，韧性和变形协调强，疲劳寿命超45000次循环。其储氢密度高于同规格III型瓶，容积和压力越大，重量优势越明显，在70MPa工作压力下，IV型瓶更轻、成本更低，目前国内仍处于产业初期。

资料来源：开源证券研究所

碳纤维成本占储氢瓶原材料成本50%以上，国产碳纤维高速扩产带动成本持续下探。以Ⅲ型瓶为例，储氢瓶成本结构主要包括碳纤维和铝内胆等，其中，碳纤维为储气瓶关键原材料，能够提高容器的承载能力和耐用性，占原材料成本50%以上。2024年，国内碳纤维行业总产能达到13.55万吨，产量仅5.9万吨，供应端充裕，2024年碳纤维均价同比2023年进一步下跌23.86%。随储氢瓶成本下降有望带动氢能系统使用成本下降。

3.3 如何加氢

这里面有两个问题需要考虑：氢气从哪里来?如何将储氢瓶的氢气增压到35MPa或者70MPa?

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。

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。

资料来源：公开材料

（1）气态高压储氢：工业氢气----增压机---燃料电池应用。

（2）固态低压储氢：小型制氢机---固态低压储氢瓶---燃料电池应用。

由常规的工业氢气生产商提供普通15-20MPa的工业氢气，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；增压机增压，将15-20MPa的低压氢气增压至35-70MPa;35-70MPa碳纤维气瓶为无人机供氢使用。

协氢新能源首创了小型制加氢一体机也可以实现现场电解水制氢，完美实现了技术和场景的闭环。

资料来源：协氢新能源官网

无人机根据用途可划分为军用和民用无人机，民用无人机又可划分为消费级无人机和工业级无人机。

资料来源：公开材料

4.1 消费级无人机

消费级无人机是面向个人用户设计的智能化飞行设备，其特点是轻量化，操作简单，功能多样化。与工业级或军用级无人机相比，消费级无人机的价格更亲民，通常为数百至万元人民币，主要服务于娱乐，创意拍摄，教育等日常生活场景；大家经常刷短视频，看到的航拍视频大多是这类无人机。动力系统普遍采用锂电池，容量从2000mAh-6000mAh不等。

要求：机身轻量化，操作简单，使用方便，价格亲民，满足消费级需求。

4.2 工业级无人机

工业级无人机是为特定行业需求设计的专业化飞行平台，强调可靠性，高负载，长续航与复杂环境适应能力。与消费级无人机不同，工业级无人机核心价值在于解决产业痛点问题，例如：替代人去完成高危作业，大规模数据采集等；工业级无人机一般支持定制化载荷，例如激光雷达，多光谱传感器，机械臂等。价格通常为数万元至百万元级，用户群体涵盖能源，农业，测绘，安防等领域企业。

要求：高可靠性，高负载，长续航，高复杂环境适应性。

4.3 军用级无人机

军用级无人机是以国防安全，战术，战略任务为核心设计的特种飞行器，具备长航时，高载荷，隐身性，强抗干扰能力等特点。不同于消费级或工业级无人机，军用级无人机研发严格受国家军事标准约束，技术高度保密，核心用途包括情报侦察，精确打击，电子对抗等。

要求：需求多样化，但是高可靠性，高负载，长续航，高复杂环境适应性是基本要求。

资料来源：开源证券研究所

小结：消费级无人机一般具有轻量化，操作简单，使用方便，价格亲民的需求。而工业级和军用级无人机则对高载荷，长续航，高环境适应性有特殊的要求。显然，氢能无人机因为具有长续航，高载荷，高环境适应性的特点，应重点瞄准工业级无人机和军用无人机领域，军用领域尚处探索阶段，而工业级氢能无人机已具备应用条件。

资料来源：电动及魂动飞机公众号

常规场景下，氢能无人机能够提供更高的工作效率。氢能无人机凭借显著的续航优势，能够实现一次完成锂电无人机多次任务，以电网巡检为例，单架次锂电无人机仅能巡检1～3个输电铁塔，单日工作量小于10个塔架，而频繁充电、更换电池的还将增加人工成本；而氢燃料无人机单日工作量能达约64个塔架，工作效率显著高于锂电机型。

特殊使用场景下，氢动力能够显著拓宽无人机的能力边界，为极端工作环境下的刚需。相较锂电无人机，氢能无人机的核心优势是续航时间长、环境耐受度高，能够实现锂电无人机无法实现或很难实现的任务，例如高寒地区电力巡检、远距离物流配送、应急物资输送、偏远山区长距离勘测等。

资料来源：开源证券研究所

资料来源：协氢新能源官网

预计2025年中国工业无人机市场规模将破1200亿元。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，预计2025年工业无人机占比将达75%，市场规模为1268.3亿元。

资料来源：开源证券研究所

氢能无人机自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%。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%。2025年协氢科技获数亿元农业氢能无人机出口订单以及国内消防应急、光伏板清洗、巡检吊装等下游场景订单说明产业已从研发试验期逐步向商业化初期过渡。随着更多产品达到商用标准，2026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%。

资料来源：开源证券研究所

6.1 政策助力氢能无人机及基础设施建设，加速产业发展

政策端自上而下落地加速，支持氢能无人机及基础设施建设。近年来，国家及地方政府在政策端持续发力，大力支持氢能飞机及氢能基础建设领域。从国家层面来看，2020年6月颁布的《无人机用氢燃料电池发电系统》，统一了无人机氢燃料电池相关的要求；2022年3月发布的《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》，要求积极探索燃料电池在船舶、航空器等领域的应用，推动大型氢能航空器研发；2023年10月发布的《绿色航空制造业发展纲要（2023-2035年）》，明确布局氢能航空关键技术研发及商业化运营模式探索；2024年12月，国促会标委会及工信部等单位分别推动氢能无人机技术发展与工业领域低碳氢应用实施方案，加速氢能无人机技术商业化和产业化进程。地方政府积极响应，2025年2月，重庆、中山、江苏等地陆续发布政策支持氢能无人机产业发展、推动氢基础设施建设。

资料来源：开源证券研究所

6.2 技术升级+商业化初步落地，氢能无人机前景广阔

2024年起产业端进入密集试验期，续航能力、极端环境适应性等性能持续突破，技术储备充分为后续商业化落地奠基。自2024年起，氢能无人机行业试验加速推进，例如，协氢科技的“擎天H100”在低温条件下实现了挂载45kg飞行，续航超过2小时；氢澜科技的XC02无人机完成了43.2公里的长距离自主巡检测试，续航时间超过90分钟。此外，同尘和光、理工氢源、天目山实验室等机构也取得重要进展，验证了氢能无人机在高海拔、低温等复杂环境下的可靠性和性能优势。随着技术的不断成熟和试验的加速推进，氢能无人机将进一步向高性能、高可靠、强适应性发展，为产品商业化落地作充足的技术端储备。

我们国家以煤资源为主，石油和天然气依赖进口严重，国家战略层面，为了长期的能源安全考虑，需要大力发展氢能。

从上游看，国内光伏风力发电产业链成熟，氢能很适合弃风弃电的消纳，离网制氢的成本主要是电价➕电解槽，目前这两方面中国都具有明显的优势，国内1000标方电解槽的价格两年时间从1000万降低到了300万，抛开补贴不谈的话，中国制氢端已经具备经济性。

从下游来看，绿氢在交通领域的应用比如重卡、两轮车、无人机等在增加，在非道路比如工业场景的应用也在增加：钢铁厂、石油石化的还原剂等，目前传统高能耗行业由于碳排放的要求都在转型加大绿氢的使用量，目前西部制氢大部分就地工业场景已经开始实现部分消纳。另外一个很大的增长空间是氢可以作为能源介质变成甲醇（氢➕二氧化碳）、氨（氢➕氮气）、SAF，甲醇和氨刚好可以完美替代石油和天然气，解决能源安全的问题。

锂电时代，虽然中国的国际地位明显，但是基本都是民企；氢能明显国家参与度很深，很多国央企以及能源集团都在布局，未来国央企主导氢能产业链的可能很大，这给氢能产业链的民营企业带来了很大的机会。

氢能无人机是氢能产业链与低空经济交汇的黄金切入点，发展空间十分可观。作为氢能下游应用的新增长点，它成功将上游的绿氢制备、储存技术转化为实际商业场景，有效拉动了氢能产业链的闭环运转。同时，凭借长续航、耐低温、载重大的核心优势，它正全面赋能物流配送、工业巡检、应急救援等低空经济新兴业态，成为推动低空经济发展的重要引擎，前景广阔。

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