【壓縮機網(wǎng)】隨著氫燃料電池行業(yè)的快速發(fā)展，空壓機領域的關鍵部件“崛起”：首先，受示范政策的影響，市場需求顯著增加。氫電研究所（GGII）調查數(shù)據(jù)顯示，2021年燃料電池空壓機出貨量超過700臺，2020年出貨量為4068臺，同比增長70%以上。

　　第二，在技術路線方面，大多數(shù)企業(yè)正在從兩級壓縮離心式空氣壓縮機擴展到具有能量回收裝置的空氣壓縮機，以應對不斷增長的功率產品的發(fā)展趨勢，并不斷優(yōu)化更長的使用壽命和更長的產品保修。相關企業(yè)包括勢加透博、金士頓、易合捷、蜂巢魏玲、海德韋爾、東德工業(yè)等。

　　本文重點關注燃料電池空氣壓縮機技術路線的飛躍、市場化進展和存在的技術挑戰(zhàn)，以便業(yè)界對當前國內空氣壓縮機的發(fā)展有更全面、更客觀的了解。

　　主流供應商“涌向”能源回收技術

　　空氣壓縮機是燃料電池系統(tǒng)的“肺”，其重要性不言而喻。在燃料電池的整個發(fā)展過程中，行業(yè)嘗試了離心式、螺桿式、羅茨式、渦旋式等多種空氣壓縮機技術路線。隨著燃料電池功率的快速提高，兩級壓縮離心式空氣壓縮機的優(yōu)點比其他類型的空氣壓縮機更加突出。經(jīng)過實際裝載驗證，技術相對成熟。

　　但空壓機的技術路線需要進一步迭代升級。

　　新開發(fā)的氫燃料電池系統(tǒng)的功率已達120kW，甚至更高，以滿足重型卡車等應用需求。如果繼續(xù)采用主流的兩級壓縮離心空氣壓縮機技術，空氣壓縮機所需的空氣流量和壓縮比將大大提高，空氣壓縮機所消耗的電源功耗（寄生功耗）將從目前的15%增加到20%以上，這意味著氫燃料電池空氣壓縮機的效率將降低5%以上。海德韋爾總經(jīng)理顧茸蕾說。

　　另一家燃料電池空氣壓縮機供應商還表示：“采用兩級壓縮離心式空氣壓縮機技術，堆功率越大，空氣壓縮機寄生功耗越大，系統(tǒng)效率越低。以250kW的堆為例，兩級壓縮離心式空氣壓縮機的寄生功率約為45kW，加上其他BOP能耗，系統(tǒng)只能輸出200 KW的電能。這種經(jīng)濟性很低?！?/p>

　　那么，如何適應氫燃料電池系統(tǒng)功率增加的需求，同時降低空氣壓縮機的寄生功耗呢？為了解決這一問題，國內主流燃料電池空氣壓縮機供應商的選擇是探索開發(fā)更大功率水平的空氣壓縮機產品，采用渦輪膨脹原理，回收部分電堆排氣能量，降低空氣壓縮機對電源功率的需求。

　　勢加透博、金士頓、東德實業(yè)、易合捷、蜂巢蔚領、海德韋爾、華澗新能源等已在這方面展開布局的企業(yè)。其中，一合捷正在試制樣機；蜂巢威靈幫助6-7位客戶完成系統(tǒng)架性能測試，1-2位客戶正在進行耐久性測試；海德韋爾帶能量回收系統(tǒng)的空氣壓縮機樣品VSEC系列已成功離線；華建新能源正在測試能量回收技術路線的空氣壓縮機樣品；東德實業(yè)表示，將推出與國內知名制造商合作開發(fā)的重型能源回收產品。

　　“對于功率相對較小的電堆或系統(tǒng)，我們認為兩級壓縮空氣系統(tǒng)可以滿足當前的一些需求，但對于大功率燃料電池產品，增加渦輪膨脹機的能量回收可以降低空氣壓縮機的功耗，提高空氣壓縮機的效率?！币缀徒菔袌霎a品部主任龔振浩說。

　　在空氣壓縮機上增加渦輪膨脹機也可以有效降低氫氣成本。蜂巢威領燃料電池空氣壓縮機技術總監(jiān)杜洪水計算了一個賬戶：“以200公斤的系統(tǒng)為例，傳統(tǒng)的兩級空氣壓縮機的寄生功率約為45公斤。根據(jù)堆出口（進入渦輪機）的不同余熱和余壓能量，使用帶能量回收的渦輪膨脹機可以將空氣壓縮機的功耗降低15-30%，15%可以降低6.75公斤，低熱值氫和燃料電池系統(tǒng)的效率為54%、計算平均發(fā)電負荷50%，每小時可節(jié)省氫氣0.191公斤，節(jié)約成本6.7元(氫氣35元/kg），累計節(jié)氫1907公斤，運行1萬小時，節(jié)約成本66753元。”

　　目前，國內主流空氣壓縮機供應商正集體向透平能量回收空氣壓縮機的技術方向躍升。

　　這條技術路線預計什么時候會上市？

　　這種帶渦輪膨脹機系統(tǒng)的空壓機產品(以下簡稱“膨脹機”)已經(jīng)上市了嗎？預計什么時候可以裝載？

　　“理論上，這條技術路線是可行的，但市場上的產品很少，基本上沒有樣品?！痹S多燃料電池系統(tǒng)制造商向高工氫電提供反饋。

　　這種情況主要來自三個方面：第一，膨脹機需要與燃料電池集成，這就要求膨脹機產品能夠與電堆和系統(tǒng)的性能相匹配?！边@不同于兩級離心式空氣壓縮機的配置。所涉及的因素非常復雜。開發(fā)這種產品需要時間和驗證?！币患胰剂想姵乜諝鈮嚎s機供應商說。

　　其次，膨脹機有其可行性，但回收氣體含有水或其他雜質，會腐蝕和損壞回收裝置。同時，這種水/雜質的存在也會對燃料電池系統(tǒng)的使用壽命和可靠性產生一定的影響。如何優(yōu)化這個問題？目前，一些空氣壓縮機企業(yè)可以從渦輪本身的涂層和材料升級中控制回收氣體中的水分/雜質，但這個問題仍然是大多數(shù)空氣壓縮機企業(yè)面臨的難題。

　　第三，在市場層面，目前的燃料電池市場是以政策為導向的，而不是以技術為導向的。雖然膨脹機是提高額定功率點效率的最有效和最經(jīng)濟的方法。然而，實際應用程序不需要運行到額定功率點，因此經(jīng)濟不能反映在實際應用中，所以市場并不急于在這方面投入太多的精力。

　　此外，膨脹機的著陸應用需要系統(tǒng)制造商配合測試，共同驗證和改進。目前，市場上沒有多少供應商能夠提供膨脹機，也沒有多少系統(tǒng)制造商能夠和愿意測試膨脹機。這在一定程度上影響了膨脹機“市場”的過程。

　　“挑戰(zhàn)是客觀存在的，但膨脹機本身也符合燃料電池的大功率發(fā)展趨勢，并有一定的市場需求?？偟膩碚f，這條技術路線大約需要一年的時間，應該會有穩(wěn)定的產品推出和應用?！睒I(yè)內人士一致認為。