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现阶段空气供应系统是降本突破口 车载空压机降本主要来自于批量生产和国产化加速
日期:2018-2-26 9:25:36    阅读:
导读: 现阶段空气供应系统是降本突破口  车载空压机降本主要来自于批量生产和国产化加速。空气供应系统为燃料电池提供空气,为其中的化学反应提供条件,是总系统的一个重要组成部分。 
        空气供应系统:现阶段降本突破口,长期看成本有60%的下降空间 
        空气供应系统为燃料电池提供空气,为其中的化学反应提供条件,是总系统的一个重要组成部分。 
        一方面,为了保证质子交换膜具有良好的工作特性,要求供气系统供给燃料电池堆的压缩空气绝对干净;另一方面,为了保证PEMFC具有较好的综合性能,要求该子系统能够根据燃料电池输出功率的大小及时调整供气量与供气压力,并具有结构紧凑,重量轻,噪声低,可靠性高,能量可回收等特点。
        空气供应系统主要包括车载空压机、车载储氢瓶和其他零部件(氢气循环泵、空滤器、氢气电池阀等)。整体来看,空气供应系统是现阶段降本的一个突破口,在FCV规模大于1万辆后,空气供应系统成本将降低50%;未来(FCV规模>10万)在国产化加速和规模化效应的双重作用下,其总成本可以降低60%左右。 
        车载空压机:降本主要来自于批量生产和国产化加速 
        空压机的作用是将常压的空气压缩到燃料电池期望的压力,并根据电力需求提供相应的空气流量。空压机的种类很多,按工作原理可分为3大类:容积型(活塞式压缩机、螺杆压缩机)、速度型(离心式压缩机、鼓风机)、热力型压缩机(如喷射器)等。目前,车用燃料电池使用的空压机主要是容积型空压机和速度型空压机。 
        螺杆式空压机的优点是压力/流量可以灵活调整、启停方便、安装简单;但其缺点是噪声大、体积大、质量重和价格高。目前美国GM、PlugPower、德国Xcellsis、加拿大Ballard等公司的燃料电池中都采用了螺杆压缩机压缩机/膨胀机供气系统。 
        涡旋式空压机也属于容积式机械,在容积式流体机械中容积效率较高,且压力与气量连续可调,在宽的工况下都能达到较高的效率。涡旋机械可设计成压缩机--电机--膨胀机共轴的一体化结构型式。但与离心式相比尺寸和重量较大。日本丰田(TOYOTA)、美国UTC等公司的燃料电池系统也都采用了涡旋机械作为其供气系统的核心部件。 
        离心式空压机的价格相对便宜,质量和体积功率密度高,是目前燃料电池用空压机的开发方向。但是离心式空压在偏离设计工况情况下性能下降严重。 
        国产空压机研究进展 

  
        美国能源部(DOE)从1998年起就一直在资助燃料电池供气系统的研究和开发;我国以中科院大连化物所为代表的科研机构等在空气压缩机方面也取得了一些进展;市场方面,雪人股份通过收购切入空压机市场。 
        在美国能源部资助下,Honeywell公司设计开发了电机驱动的透平压缩膨胀机,和容积式压缩机相比,效率较高、成本较低。 
        DOE委托ArthurD.Little公司进行50Kw燃料电池用涡旋压缩机/膨胀美国能源部(DOE)从1998年起就一直在资助燃料电池供气系统的研究和开发;我国以中科院大连化物所为代表的科研机构等在空气压缩机方面也取得了一些进展;市场方面,雪人股份通过收购切入空压机市场。 
        在美国能源部资助下,Honeywell公司设计开发了电机驱动的透平压缩膨胀机,和容积式压缩机相比,效率较高、成本较低。 
        DOE委托ArthurD.Little公司进行50Kw燃料电池用涡旋压缩机/膨胀机供气系统的开发研究。ArthurD.Little开发涡旋压缩机能够提供连续无脉动气流。但由于泄露,高压比3比较难以达到。其第二代涡旋机满足DOE性能要求,连续运行500小时,3450rpm,76g/s流量,适合50kW燃料电池,但重量体积较大。 
        除主要的研究进展外,市场方面,我国雪人股份收购国际空压机龙头切入空压机市场。公司持有空压机龙头瑞典OPCONAB公司17.01%的股权,通过并购基金收购了OPCON业务核心两大子公司SRM和OES100%股权。 
        主要压缩机供应商 
 
        空压机未来成本降低主要来自于批量化生产和技术突破,经测算,到量产1万辆FCV规模的情况下,成本将下降70%以上,量产10万辆FCV的情况下,成本仅为现阶段成本的10%。 
        空压机成本对产量敏感:不同于膜电机等成本主要来自于昂贵的原材料,空压机成本更多来自加工与制造,所以成本对产量十分敏感,批量生产可以显著降低空压机成本。根据DOE测算,当年产量达到50万台时,成本可从目前约2000美元每台降低至约750美元每台。 
        技术进步进一步推动降本:技术进步主要表现在系统集成度的提高和系统整体设计。在不同的负载区选择合适的操作压力,可以使得系统效率和输出功率达到最优,同时提高质子交换膜的自增湿能力,从而有利于燃料电池动力系统的集成度提高和成本降低。 
        空压机成本降低取决于产量和技术突破 
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