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現階段空氣供應系統是降本突破口 車載空壓機降本主要來自于批量生產和國產化加速
日期:2018-2-26 9:25:36    閱讀:
導讀: 現階段空氣供應系統是降本突破口  車載空壓機降本主要來自于批量生產和國產化加速。空氣供應系統為燃料電池提供空氣,為其中的化學反應提供條件,是總系統的一個重要組成部分。 
        空氣供應系統:現階段降本突破口,長期看成本有60%的下降空間 
        空氣供應系統為燃料電池提供空氣,為其中的化學反應提供條件,是總系統的一個重要組成部分。 
        一方面,為了保證質子交換膜具有良好的工作特性,要求供氣系統供給燃料電池堆的壓縮空氣絕對干凈;另一方面,為了保證PEMFC具有較好的綜合性能,要求該子系統能夠根據燃料電池輸出功率的大小及時調整供氣量與供氣壓力,并具有結構緊湊,重量輕,噪聲低,可靠性高,能量可回收等特點。
        空氣供應系統主要包括車載空壓機、車載儲氫瓶和其他零部件(氫氣循環泵、空濾器、氫氣電池閥等)。整體來看,空氣供應系統是現階段降本的一個突破口,在FCV規模大于1萬輛后,空氣供應系統成本將降低50%;未來(FCV規模>10萬)在國產化加速和規模化效應的雙重作用下,其總成本可以降低60%左右。 
        車載空壓機:降本主要來自于批量生產和國產化加速 
        空壓機的作用是將常壓的空氣壓縮到燃料電池期望的壓力,并根據電力需求提供相應的空氣流量。空壓機的種類很多,按工作原理可分為3大類:容積型(活塞式壓縮機、螺桿壓縮機)、速度型(離心式壓縮機、鼓風機)、熱力型壓縮機(如噴射器)等。目前,車用燃料電池使用的空壓機主要是容積型空壓機和速度型空壓機。 
        螺桿式空壓機的優點是壓力/流量可以靈活調整、啟停方便、安裝簡單;但其缺點是噪聲大、體積大、質量重和價格高。目前美國GM、PlugPower、德國Xcellsis、加拿大Ballard等公司的燃料電池中都采用了螺桿壓縮機壓縮機/膨脹機供氣系統。 
        渦旋式空壓機也屬于容積式機械,在容積式流體機械中容積效率較高,且壓力與氣量連續可調,在寬的工況下都能達到較高的效率。渦旋機械可設計成壓縮機--電機--膨脹機共軸的一體化結構型式。但與離心式相比尺寸和重量較大。日本豐田(TOYOTA)、美國UTC等公司的燃料電池系統也都采用了渦旋機械作為其供氣系統的核心部件。 
        離心式空壓機的價格相對便宜,質量和體積功率密度高,是目前燃料電池用空壓機的開發方向。但是離心式空壓在偏離設計工況情況下性能下降嚴重。 
        國產空壓機研究進展 

  
        美國能源部(DOE)從1998年起就一直在資助燃料電池供氣系統的研究和開發;我國以中科院大連化物所為代表的科研機構等在空氣壓縮機方面也取得了一些進展;市場方面,雪人股份通過收購切入空壓機市場。 
        在美國能源部資助下,Honeywell公司設計開發了電機驅動的透平壓縮膨脹機,和容積式壓縮機相比,效率較高、成本較低。 
        DOE委托ArthurD.Little公司進行50Kw燃料電池用渦旋壓縮機/膨脹美國能源部(DOE)從1998年起就一直在資助燃料電池供氣系統的研究和開發;我國以中科院大連化物所為代表的科研機構等在空氣壓縮機方面也取得了一些進展;市場方面,雪人股份通過收購切入空壓機市場。 
        在美國能源部資助下,Honeywell公司設計開發了電機驅動的透平壓縮膨脹機,和容積式壓縮機相比,效率較高、成本較低。 
        DOE委托ArthurD.Little公司進行50Kw燃料電池用渦旋壓縮機/膨脹機供氣系統的開發研究。ArthurD.Little開發渦旋壓縮機能夠提供連續無脈動氣流。但由于泄露,高壓比3比較難以達到。其第二代渦旋機滿足DOE性能要求,連續運行500小時,3450rpm,76g/s流量,適合50kW燃料電池,但重量體積較大。 
        除主要的研究進展外,市場方面,我國雪人股份收購國際空壓機龍頭切入空壓機市場。公司持有空壓機龍頭瑞典OPCONAB公司17.01%的股權,通過并購基金收購了OPCON業務核心兩大子公司SRM和OES100%股權。 
        主要壓縮機供應商 
 
        空壓機未來成本降低主要來自于批量化生產和技術突破,經測算,到量產1萬輛FCV規模的情況下,成本將下降70%以上,量產10萬輛FCV的情況下,成本僅為現階段成本的10%。 
        空壓機成本對產量敏感:不同于膜電機等成本主要來自于昂貴的原材料,空壓機成本更多來自加工與制造,所以成本對產量十分敏感,批量生產可以顯著降低空壓機成本。根據DOE測算,當年產量達到50萬臺時,成本可從目前約2000美元每臺降低至約750美元每臺。 
        技術進步進一步推動降本:技術進步主要表現在系統集成度的提高和系統整體設計。在不同的負載區選擇合適的操作壓力,可以使得系統效率和輸出功率達到最優,同時提高質子交換膜的自增濕能力,從而有利于燃料電池動力系統的集成度提高和成本降低。 
        空壓機成本降低取決于產量和技術突破 
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