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安徽德沃機械有限公司

ANHUI DEWO MACHINERY CO.,LTD


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25家空壓機的競爭
2020-9-11
來(lái)源:未知
點(diǎn)擊數:  5409        作者:未知
  • 4月底,四部委發(fā)出的《關(guān)于開(kāi)展燃料電池汽車(chē)示范推廣的通知》(征求意見(jiàn)稿)明確提出,申報城市或城市群應在示范期間實(shí)現核心材料、關(guān)鍵零部件技術(shù)取得突破并產(chǎn)業(yè)化的目標。 按照技術(shù)攻關(guān)難易程度,對各領(lǐng)域率先突破并實(shí)現產(chǎn)業(yè)化的給予500-1000分/項,積分上不封頂。

    經(jīng)過(guò)近30年的發(fā)展,我國雖基本形成氫燃料電池汽車(chē)產(chǎn)業(yè)鏈,但關(guān)鍵零部件環(huán)節很多依賴(lài)進(jìn)口或國產(chǎn)化率很低,如電堆、質(zhì)子交換膜、膜電極、催化劑、氣體擴散層、空氣壓縮機、氫氣循環(huán)泵等。征求意見(jiàn)稿大力支持關(guān)鍵零部件的發(fā)展,積分上不封頂,將加速關(guān)鍵零部件的國產(chǎn)替代進(jìn)程,國產(chǎn)關(guān)鍵零部件企業(yè)將迎來(lái)發(fā)展的春天。

    空氣壓縮機做為氫燃料電池的關(guān)鍵零部件之一,是車(chē)用燃料電池陰極供氣系統的重要部件,通過(guò)對進(jìn)堆空氣進(jìn)行增壓,可以提高燃料電池的功率密度和效率,減小燃料電池系統的尺寸。但空壓機的寄生功耗很大,約占燃料電池輔助功耗的80%,其性能直接影響燃料電池系統的效率、緊湊性和水平衡特性。因此,各國的燃料電池項目對空壓機的研究都非常的重視。

    全球空壓機市場(chǎng)出現了5種技術(shù)路線(xiàn)

    1.空壓機技術(shù)要求

    為實(shí)現較高的能量轉換效率,燃料電池內部的化學(xué)反應對空氣的溫度、濕度、壓力和流量等參數有著(zhù)嚴格的要求。但目前廣泛應用的工業(yè)壓縮機無(wú)法滿(mǎn)足燃料電池對空氣的要求,適用于燃料電池的空壓機需要滿(mǎn)足以下要求:

    表1 適用于車(chē)用燃料電池的空壓機需滿(mǎn)足的性能需求

    2.5種空氣壓縮機技術(shù)路線(xiàn)對比

    針對不同的燃料電池系統的性能需求,往往需要不同的空壓機與其匹配,常用的空壓機類(lèi)型有羅茨式、螺桿式、渦旋式和離心式等。由于空壓機的結構和工作原理的不同,空壓機的性能優(yōu)勢也不盡相同,整體對比下來(lái),離心式空壓機綜合評價(jià)******。

    表2 空壓機類(lèi)型及優(yōu)缺點(diǎn)比較

    資料來(lái)源:《電源技術(shù)》,香橙會(huì )研究院

    全球空壓機市場(chǎng)競爭格局

    全球各大燃料電池汽車(chē)生產(chǎn)商對各種類(lèi)型的空壓機都進(jìn)行嘗試,離心式空壓機因在功率密度、效率和噪聲等方面具有******的總體效果而被大多數車(chē)企青睞。比如本田公司旗下Clarity和現代公司旗下ix35燃料電池汽車(chē)使用的是離心式空壓機,戴姆勒旗下******GLC F-Cell燃料電池汽車(chē)采用的也是離心式空壓機。

    表3 主要燃料電池汽車(chē)廠(chǎng)商空壓機類(lèi)型對比

    國外的空壓機技術(shù)較為成熟,典型的是Honeywell的離心式壓縮機和Opcon的螺桿式壓縮機,二者已經(jīng)在多款燃料電池系統中進(jìn)行了長(cháng)時(shí)間的運行。目前運用于燃料電池的國外空壓機品牌主要有Honeywell(蓋瑞特)、UQM、Rotrex、豐田自動(dòng)織機、利勃海爾等。根據香橙會(huì )數據庫統計,提供燃料電池空壓機還有Fisher、Hanon、TNE、Vairex、Air Squared等企業(yè)。

    國內燃料電池系統中的空壓機大部分依賴(lài)進(jìn)口或合資企業(yè),但產(chǎn)業(yè)經(jīng)過(guò)多年的培育,已有可替代產(chǎn)品問(wèn)世。

    在香橙會(huì )氫能數據庫收錄的國內外25家空壓機企業(yè)里,勢加透博、金士頓、雪人股份、廣順新能源研發(fā)的燃料電池專(zhuān)用空壓機已經(jīng)有部分裝車(chē)應用,個(gè)別產(chǎn)品性能可比肩國外一流水平,但國產(chǎn)空壓機市場(chǎng)滲透率依然很低。

    表4 國內外涉及空壓機企業(yè)一覽

    數據來(lái)源:香橙會(huì )氫能數據庫

    據中國氫能源及燃料電池產(chǎn)業(yè)白皮書(shū)(2019版)預測,2020-2025年中國氫燃料電池汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)達到5萬(wàn)輛,燃料電池系統比功率達到3.5kW/L,成本達到4000元/kW;2026-2030年達到130萬(wàn)輛,比功率達到4.5kW/L,成本800元/kW。按照中值計算,2023年成本降為4000元/kW,2030年成本降為800元/kW。

    表5 中國燃料電池空壓機成本測算

    在滿(mǎn)足燃料電池汽車(chē)產(chǎn)銷(xiāo)條件的前提下,未來(lái)5年內燃料電池車(chē)用空壓機市場(chǎng)規模將達到10億元/年(14.4億元@2023E),未來(lái)10年內市場(chǎng)規模將達到100億元/年的量級(124.8@2030E),即到2030年,空壓機國產(chǎn)替代的市場(chǎng)規模將達到百億級別。

    6大頭部空壓機企業(yè)基本介紹和分析

    1.UQM

    (1)公司簡(jiǎn)介

    UQM成立于1967年,是250kW以下動(dòng)力范圍馬達和逆變器的專(zhuān)業(yè)供應商和技術(shù)引領(lǐng)者,總部位于美國科羅拉多州Longmont,其在電動(dòng)、油電混動(dòng)、插電混動(dòng)車(chē)輛和燃料電池壓縮機系統領(lǐng)域擁有超過(guò)50年的經(jīng)驗,主要開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)高功率密度、高效能電動(dòng)馬達、發(fā)電機、電機功率變流器和燃料電池壓縮機,其產(chǎn)品廣泛應用于商用卡客車(chē)、汽車(chē)、船舶和工業(yè)市場(chǎng)。

    2019年1月,UQM與丹佛斯達成協(xié)議,丹佛斯收購UQM,此次金額約為1億美元,UQM此后加入丹佛斯動(dòng)力系統事業(yè)部。至2019年上半年,UQM在中國主要有五家中國客戶(hù)和兩家歐洲客戶(hù)。

    (2)產(chǎn)品及性能

    UQM的燃料電池壓縮機系統采用UQM永磁電機和控制器,搭配使用伊頓壓縮機,分為R340和R410兩種型號,結構形式為四葉羅茨式。

    圖1 UQM空壓機

    UQM空壓機性能可滿(mǎn)足市場(chǎng)上大多數燃料電池汽車(chē)的大部分需求,其單價(jià)約15~20萬(wàn)元/個(gè)(包含關(guān)稅),主要參數如下。

    表6 UQM空壓機性參數

    (3)產(chǎn)業(yè)化情況

    2018年,UQM在中國市場(chǎng)收獲了300萬(wàn)美元的空壓機訂單,獨占中國市場(chǎng)鰲頭。目前為國內主流空壓機供應商,為巴拉德的指定供貨商,已向中國重汽集團配套供貨。但其曾經(jīng)供貨包括幾個(gè)主要主機廠(chǎng)的客戶(hù)并未停止尋找合適的離心式壓縮機。

    2.蓋瑞特

    美國蓋瑞特是全球動(dòng)力增壓解決方案的主要供應商,主要開(kāi)發(fā)適用于高效率內燃發(fā)動(dòng)機和混合動(dòng)力系統的增壓設備。

    蓋瑞特研發(fā)生產(chǎn)了氫燃料電池用兩級電動(dòng)壓縮機,采用離心式結構,該款產(chǎn)品已于2016年搭載于本田新一代燃料電池Clarity上。

    圖2 蓋瑞特空壓機實(shí)物圖

    (1)產(chǎn)品性能

    蓋瑞特通過(guò)采用兩級電動(dòng)壓縮機的創(chuàng )新設計結構——轉子兩端分別為低壓空壓機和高壓空壓機——能夠******程度地對空氣進(jìn)行壓縮,為燃料電池堆帶來(lái)400千帕壓力、125g/s(該指標全球領(lǐng)先)的增壓氣流量,實(shí)現100%無(wú)油運行,電池堆輸出密度達到3.1kW/L,壓縮機******功率可達103kW,轉速為10萬(wàn)r/min。

    (2)產(chǎn)業(yè)化情況

    蓋瑞特已經(jīng)實(shí)現量產(chǎn)及商業(yè)化應用,已制定出空壓機到2025年的成本目標。目前應用在本田Clarity氫燃料汽車(chē)上的是一代產(chǎn)品,通過(guò)更新設計和技術(shù)進(jìn)化,到2021年二代產(chǎn)品的價(jià)格要做到一代產(chǎn)品價(jià)格的三分之一,在生產(chǎn)量上將達到數萬(wàn)臺。同時(shí)規劃到2025年達到十萬(wàn)臺量級以上,空壓機成本會(huì )降到目前的十分之一左右。

    3.利勃海爾

    利勃海爾(Liebherr)集團在全球范圍內以工程機械設備、冷藏冷凍設備和鐵路航天設備而著(zhù)名。利勃海爾專(zhuān)注于制冷領(lǐng)域研發(fā),對壓縮機具備雄厚技術(shù)儲備。

    圖3 利勃海爾渦輪壓縮機樣機

    利勃海爾離心式空壓機已經(jīng)實(shí)現量產(chǎn),為上海捷氫科技有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“捷氫科技”)供應商,簽約供貨量達數千臺,主要用于捷氫科技P390燃料電池系統產(chǎn)品,該產(chǎn)品搭載于上汽躍進(jìn)FKY311/FKY312的市政環(huán)衛車(chē),為政府采購用車(chē)。

    4.豐田自動(dòng)織機

    豐田自動(dòng)織機是豐田集團的起源公司,成立于1926年,2019年被美國商業(yè)雜志Fortune評為“最受尊敬的汽車(chē)零部件供應商”,其為豐田Mirai燃料電池系統零部件供應商。

    (1)產(chǎn)品及性能

    豐田自動(dòng)織機產(chǎn)品為六葉螺旋羅茨式空壓機,與傳統羅茨式空壓機中葉輪與軸向平行不同,其葉輪呈現螺旋狀,技術(shù)完全自有。

    圖4 豐田羅茨式空壓機

    ******輸出功率為20kW,******轉速可達12500r/min。低負荷時(shí)效率達50%以上,高負荷時(shí)效率達60%以上。低負荷時(shí)空氣流量約為0.1N·m3/min,高負荷時(shí)空氣流量5N·m3/min,******壓縮比為3。

    (2)產(chǎn)業(yè)化情況

    豐田自動(dòng)織機僅向豐田汽車(chē)供應空壓機,由于豐田自動(dòng)織機與豐田汽車(chē)有股權關(guān)系,采購價(jià)格不詳。

    2019年6月28日,Mirai第10000輛正式下線(xiàn),其空氣壓縮機實(shí)現量產(chǎn),實(shí)車(chē)裝機量亦超過(guò)萬(wàn)臺。

    5.勢加透博

    (1)公司簡(jiǎn)介

    勢加透博(北京)科技有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“勢加透博”)于2011年1月創(chuàng )立,主要從事高性能透平機械技術(shù)開(kāi)發(fā)、工程服務(wù)、測試服務(wù)及解決方案。經(jīng)過(guò)近9年創(chuàng )業(yè)卓越發(fā)展,目前已成為國內高性能透平機械核心技術(shù)研制服務(wù)和創(chuàng )新研發(fā)的領(lǐng)軍品牌。

    勢加透博在2017年提出了Turbo+創(chuàng )新發(fā)展戰略,基于無(wú)油高速葉輪機械共性技術(shù),結合氫能和燃料電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展需求,將多年積累的核心技術(shù),創(chuàng )新地應用于清潔能源和清潔動(dòng)力兩大領(lǐng)域。突破了高效低比轉速壓氣機、動(dòng)壓氣浮軸承、高速電機控制等核心關(guān)鍵技術(shù),成功研發(fā)了XT-FCC系列氣懸浮空壓機,覆蓋25kW-150kW燃料電池系統需求。2019年公司產(chǎn)品已有批量交付,技術(shù)指標達到國際先進(jìn)水平,填補了國內燃料電池無(wú)油離心空壓機的空白。

    (2)產(chǎn)品及性能

    勢加透博已完成XT-FCC燃料電池無(wú)油離心空壓機系列化研制,全方位覆蓋30-150kW燃料電池系統需求,是國內少數能夠匹配60kW以上燃料電池系統的公司。

    以XT-FCC300空壓機為例介紹各項性能參數。機組由兩級離心葉輪、高速永磁同步電機和車(chē)用級動(dòng)壓氣浮軸承組成,用于為燃料電池系統提供潔凈無(wú)油的壓縮空氣。額定點(diǎn)的流量為108g/s,壓比2.5;功耗比傳統解決方案少1/3(比目前市場(chǎng)上所有國內外同類(lèi)競品降低功耗10%以上),噪聲指標低40dBA以上(比高速直驅同類(lèi)競品噪聲指標低5dBA)。

    其產(chǎn)品可靠性和耐久性方面,已開(kāi)展耐隨機振動(dòng)和耐沖擊試驗,在全轉速范圍內符合GB/T 31467.3-2015要求;已開(kāi)展啟停測試,啟停壽命20萬(wàn)次,遠超行業(yè)常用標準。

    圖5勢加透博空壓機

    (3)產(chǎn)業(yè)化情況

    從2018年6月首臺樣機進(jìn)入評測和優(yōu)化迭代以來(lái),已經(jīng)累計完成5000多小時(shí)臺架測試,啟停壽命考核、振動(dòng)與沖擊考核、環(huán)境試驗考核、道路工況耐久運行考核等DV測試。

    2018年12月底開(kāi)始國內外10多家客戶(hù)樣機測試,XT-FCC300(匹配50-90kW系統)、XT-FCC160(匹配30-50kW系統)、XT-FCC400(匹配90-150kW系統)均以?xún)?yōu)異性能獲得了高度好評。

    目前已簽訂單客戶(hù)有新源動(dòng)力、億華通、上海重塑、江蘇清能、中車(chē)、中汽研、武漢長(cháng)海電堆等。2019年已簽訂單550臺,截至2020年2月新增在手訂單250臺,合計800臺。截至目前已經(jīng)交付100多套,2020年保守估計可交付500臺。

    國產(chǎn)自研技術(shù)是勢加透博的一個(gè)重要標簽。同時(shí),在大功率、重載領(lǐng)域,勢加透博空壓機在國內無(wú)太多競爭對手。

    2020年,隨著(zhù)關(guān)鍵客戶(hù)的訂單釋放,勢加透博的行業(yè)領(lǐng)先地位將進(jìn)一步確立。

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