【壓縮機網(wǎng)】隨著(zhù)氫燃料電池行業(yè)的快速發(fā)展，關(guān)鍵部件空壓機領(lǐng)域“風(fēng)云乍起”：一是，受示范政策影響，市場(chǎng)需求量顯著(zhù)提升。高工產(chǎn)研氫電研究所（GGII）調研數據顯示，2021年燃料電池空壓機出貨量超7000臺，2020年的出貨量是4068臺，同比增長(cháng)在70%以上。

　　二是，在技術(shù)路線(xiàn)方面，多數企業(yè)正在由兩級壓縮離心式空壓機向帶有能量回收裝置的空壓機拓展，以應對功率不斷增大的產(chǎn)品發(fā)展趨勢，同時(shí)在針對產(chǎn)品進(jìn)行更長(cháng)壽命、更長(cháng)質(zhì)保的持續優(yōu)化。相關(guān)企業(yè)包括勢加透博、金士頓、毅合捷、蜂巢蔚領(lǐng)、海德韋爾、東德實(shí)業(yè)等。

　　本文重點(diǎn)圍繞燃料電池空壓機技術(shù)路線(xiàn)的躍升、市場(chǎng)化進(jìn)展及存在的技術(shù)挑戰等方面展開(kāi)，以期業(yè)界對當前國內空壓機的發(fā)展有較為全面而客觀(guān)的認知。

　　主流供應商“涌向”能量回收技術(shù)

　　空壓機是燃料電池系統的“肺”，重要性不言而喻。在整個(gè)燃料電池發(fā)展過(guò)程中，業(yè)界曾嘗試過(guò)多種空壓機技術(shù)路線(xiàn)，比如離心式、螺桿式、羅茨式、渦旋式等。隨著(zhù)燃料電池功率的快速提升，相比其他類(lèi)型空壓機，兩級壓縮離心式空壓機優(yōu)勢愈發(fā)凸顯，經(jīng)過(guò)實(shí)際裝車(chē)驗證，在技術(shù)上較為成熟。

　　不過(guò)，空壓機技術(shù)路線(xiàn)還需進(jìn)一步向前迭代升級。

　　“為了滿(mǎn)足重卡等應用需求，新開(kāi)發(fā)的氫燃料電池系統功率都已經(jīng)達到120kW，甚至更高。如果繼續采用主流的兩級壓縮離心式空壓機技術(shù)，空壓機需要滿(mǎn)足的空氣流量和壓縮比都要大幅度提高，空壓機所消耗的電源功耗（寄生功耗）要從現在的15%-20%增大5%以上，這就意味著(zhù)氫燃料電池空壓機的效率要降低5%以上?！焙５马f爾總經(jīng)理顧茸蕾表示。

　　另一位燃料電池空壓機供應商也表示：“采用兩級壓縮離心式空壓機技術(shù)，電堆功率越大，空壓機寄生功耗越大，系統效率越低。以250kW的電堆為例，兩級壓縮離心式空壓機的寄生功率約為45kW，加上其他BOP耗能，系統僅可以輸出200 kW的電能。這種經(jīng)濟性是很低的?！?/p>

　　那么該如何適配氫燃料電池系統功率增大的需求，又能同時(shí)降低空壓機的寄生功耗？為了解決這一問(wèn)題，目前國內主流燃料電池空壓機供應商的選擇是：探索開(kāi)發(fā)更大功率級別的采用透平能量回收技術(shù)路線(xiàn)的空壓機產(chǎn)品，利用渦輪膨脹做功的原理，把電堆排氣中的一部分能量加以回收利用，從而降低空壓機對于電源功率的需求。

　　在這方面已經(jīng)展開(kāi)布局的企業(yè)有：勢加透博、金士頓、東德實(shí)業(yè)、毅合捷、蜂巢蔚領(lǐng)、海德韋爾、華澗新能源等。其中毅合捷正在試制樣機；蜂巢蔚領(lǐng)已經(jīng)幫助6-7家客戶(hù)完成系統臺架性能測試，已有1-2家客戶(hù)在進(jìn)行耐久性測試；海德韋爾帶能量回收系統的空壓機樣機VSEC系列已成功下線(xiàn)；華澗新能源正在對能量回收技術(shù)路線(xiàn)的空壓機樣品進(jìn)行測試；東德實(shí)業(yè)表示，在能量回收方面即將推出與國內知名廠(chǎng)家合作研發(fā)的重磅產(chǎn)品。

　　“對于功率比較小的電堆或者系統，我們認為兩級壓縮空氣系統已能滿(mǎn)足現在的一些需求，但對大功率燃料電池產(chǎn)品，增加渦輪膨脹機進(jìn)行能量回收，能夠降低空壓機功耗，提升空壓機效率?！耙愫辖菔袌?chǎng)產(chǎn)品部總監龔震浩表示。

　　在空壓機上增加渦輪膨脹機也能有效降低用氫成本。蜂巢蔚領(lǐng)燃料電池空壓機技術(shù)總監杜洪水算了一筆賬：“以200kW的系統為例，傳統兩級空壓機的寄生功率約為45kW，根據電堆出口（進(jìn)入渦輪機）的余熱余壓能量不同使用帶能量回收的渦輪膨脹機可降低空壓機功耗15-30%，15%即可降低功耗6.75kW，按照低熱值氫以及燃料電池系統效率54%、平均發(fā)電負荷50%計算，每小時(shí)可節省氫氣0.191kg，節省成本6.7元（氫氣35元/kg），運行10000小時(shí)累計節氫1907kg節省成本66753元?！?/p>

　　目前國內主流空壓機供應商正集體往透平能量回收型空壓機的技術(shù)方向躍升。

　　這種技術(shù)路線(xiàn)預計何時(shí)能夠面市？

　　這種帶渦輪膨脹機系統的空壓機產(chǎn)品（下稱(chēng)“膨脹機”）是否已經(jīng)走向市場(chǎng)？預計何時(shí)能夠裝車(chē)應用？

　　“這一技術(shù)路線(xiàn)在理論上講是可行的，但目前市場(chǎng)上的這種產(chǎn)品還非常少的，基本上還沒(méi)有看到樣品?！倍嗉胰剂想姵叵到y廠(chǎng)商向高工氫電反饋。

　　呈現這種情況，主要源于三方面：其一，膨脹機需要和燃料電池進(jìn)行集成，這就需要膨脹機產(chǎn)品能夠與電堆、系統進(jìn)行性能匹配?！斑@與配置兩級離心式空壓機不同，這里面涉及到的因素是非常復雜的，做這種產(chǎn)品是需要花時(shí)間研發(fā)的，同時(shí)也是需要驗證的?！币患胰剂想姵乜諌簷C供應商表示。

　　其二，膨脹機有它的可行性，但回收氣含有水分或其他雜質(zhì)，會(huì )對回收裝置有腐蝕損傷，同時(shí)這種水分/雜質(zhì)的存在也會(huì )對燃料電池系統的壽命、可靠性帶去一定影響。這個(gè)問(wèn)題該怎么優(yōu)化？目前已有個(gè)別空壓機企業(yè)能夠從渦輪自身涂層、材料升級等方面對回收氣中的水分/雜質(zhì)進(jìn)行控制，但這個(gè)問(wèn)題依然是擺在多數空壓機企業(yè)面前的一個(gè)難題。

　　其三，在市場(chǎng)層面，當前燃料電池市場(chǎng)是以政策導向而非以技術(shù)為導向。雖然膨脹機是提高額定功率點(diǎn)效率的最有效方法，也是最經(jīng)濟的方法。但是，現在實(shí)際的應用都不需要跑到額定功率點(diǎn)，所以經(jīng)濟性在實(shí)際應用中還體現不出來(lái)，因此市場(chǎng)還不著(zhù)急在這方面投入太多精力。

　　此外，膨脹機的落地應用需要系統廠(chǎng)商配合試驗，一起來(lái)不斷驗證與提高。目前市場(chǎng)中有能力提供膨脹機的供應商不多，有能力并愿意來(lái)試驗膨脹機的系統廠(chǎng)商也不多。這在一定程度上影響了膨脹機“面市”的進(jìn)程。

　　“挑戰是客觀(guān)存在的，但同時(shí)膨脹機本身也是符合燃料電池大功率發(fā)展趨勢的、是有一定的市場(chǎng)需求的。綜合來(lái)看，這種技術(shù)路線(xiàn)大約再需要一年左右的時(shí)間，應該會(huì )有穩定的產(chǎn)品推出并得到一定的應用?！睒I(yè)界一致認為。