燃料电池潜力迸发 压缩机涌现新机遇

[打印] [关闭] 发布时间:[2016-09-05 14:41]

  燃料电池潜力迸发 压缩机涌现新机遇

  一石激起千层浪

  7月11日晚间雪人股份发布股价异动公告,公司股价连续三个交易日收盘价格涨幅偏离值累计超过了20%。这是6月20日以来雪人股份发布的第二次股价异动公告,从当日算起,股价短期涨幅高达61.24%。这在股市普遍低迷的当前,显得格外惹眼。

  公告中,雪人股份表示未发现近期公共传媒报道了可能或已经对公司股票交易价格产生较大影响的未公开重大信息,也不存在关于公司应披露而未披露的重大事项,或处于筹划阶段的重大事项。

  不过,雪人股份也披露了近期的一些业务发展情况,其与当前市场资金密切关注的燃料电池行业有关。而这就是引起雪人股份股价高涨的主要原因。

  据雪人股份介绍,2015年10月30日,雪人股份参股的并购基金——上海兴雪康投资合伙企业,完成了对OPCON公司两大核心业务子公司SRM和OES100%股权的收购,目前已与上海兴雪康投资合伙企业签署回购承诺。

  OPCON自1990年投入燃料电池空气供应系统的研发,拥有丰富的双转子螺杆压缩机的设计、生产经验以及燃料电池空气供应系统品牌AUTOROTOR,为燃料电池企业巴拉德以及世界上主要的汽车制造商,如通用、奔驰、丰田、本田、福特等客户提供了燃料电池空气循环系统。OPCON参与的欧洲洁净城市运输项目的27辆燃料电池巴士车自2006年运行至今,运行里程超过300百万公里,累积运行时间超过了10万小时,系统的安全可靠性得到了验证。COPCON AUTOROTOR燃料电池空气供应系统的相关技术、品牌及研发人员目前由SRM和OES公司拥有。

  雪人股份表示,将进一步借助OPCON的技术平台积极推进燃料电池空气供应系统的产业化。

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  燃料电池为何物

  燃料电池是一种将氢和氧的化学能通过电极反应直接转换成电能的装置,排出的产物主要是水和热。这种装置最大特点是由于反应过程不涉及到燃烧,因此其能量转换效率不受卡诺循环的限制,其能量转换效率高达60~80%,实际使用效率则是普通内燃机的2~3倍。另外,它还具有燃料多样化、排气干净、噪声低、对环境污染小、可靠性及维修性好等优点。

  质子交换膜燃料电池(PEMFC)是燃料电池的一种,它具有能源转化率高,对环境友好,工作温度低,适宜于较频繁启动的场合,比其它类型的燃料电池更高的功率密度,以及比蓄电池电动车连续行驶更长的距离等优点。随着世界各国对清洁燃料车、纯电动车(EV)、混合动力车(HEV)、燃料电池车(FCV)等的研究日趋深入,燃料电池被认为是一种极有可能取代普通燃油而成为未来汽车动力的主要来源,PEMFC也被认为是汽车最好的替代动力源之一。

  在燃料电池中,氢和氧发生电化学反应产生电流,其中的氧可以使用纯氧或从空气中直接获得,而使用空气更方便、经济。另一方面,PEMFC要想获得更高的功率密度和更好的性能,就必须在较高的压力下工作,尤其是对于阴极的反应物(氧或空气)而言,燃料电池中氧气压力与燃料电池系统得性能有直接关系,提高空气的供气压力(即氧气的分压力),可以增大燃料电池系统的能量密度。提高燃料电池的供气压力还可以减小系统尺寸,提高电池堆效率和改善水平衡。因此,燃料电池中需要专门的供气子系统来向燃料电池提供高压空气。所以,供气子系统主要由压缩机、膨胀机、电机、连接管道等组成。

  锂电池纯电动汽车需要储能装置,因此在车身重量、续航里程上受到了很大的制约,一般适用于小型、短距离的车型。而燃料电池本质上是一个化学发电系统,从而具备车身重量轻、续航里程长、补充燃料时间短等优势,适合所有用途的车型。同时,氢燃料资源易于获得、存储与运输,因此,燃料电池汽车代表了未来新能源汽车发展的终极方向。

  目前,燃料电池汽车处于产业化的前期,预计2020年进入快速爆发期。目前燃料电池的技术趋于成熟,燃料电池汽车普及的主要障碍来自于:燃料电池系统的成本比较高以及配套基础设施不足。考虑技术进步与规模效应提升,燃料电池系统成本将快速下降,预计到2020年燃料电池系统的成本将下降60%,由当前的单车3.6万美元下降到1.5万美元左右。同时,全球主要国家制定燃料电池发展的长期规划,加氢站的数量有望快速增长。

  燃料电池中的压缩机

  压缩机在电池堆中起着重要作用,在燃料电池中是关键的技术,必须满足无油、小型、高压、低噪和耗功少的要求。

  (1)较高的能量转化率,在车辆行使过程中,空气压缩机工作的动力来源是燃料电池的电能输出,若压缩机占用较多的输出电能,必然会减少汽车的驱动功率,从而影响整车性能。

  (2)燃料电池中的质子交换膜要求压缩空气完全无油,并且具有一定的湿度,因此通常使用的喷油冷却压缩机就不适合应用在这一领域。需要提供压力相当高、低流量的干净空气,必须不含任何碳氢化合物,如油。

  (3)为了获得运行效率,压缩机需要在全负荷时的任何时间都能高效地工作,在宽的流量范围能都能高效工作,能够无延迟的调整燃料电池的功率输出。

  (4)车载环境要求压缩机部件在能够提供较大空气排量的同时具有非常小的质量、体积以及高可靠性。

  (5)燃料电池运行时无声,压缩机噪声必须控制。

  (6)对材料要求:为满足压缩机的低成本、低噪音和耐久性目标,必须为压缩机关键部件开发具有低成本、稳定摩擦性能以及耐磨的涂层和材料。

  (7)由于这些要求的存在,使得目前广泛应用的工业压缩机无法满足燃料电池电动汽车的需求。

  目前采用的供气系统中有容积式和速度式流体机械。容积式压缩机的流量和转速成准线性关系的特性,因此高转速容积式压缩机能够在小容量下提供相对较大的空气流量,符合车载燃料电池的基本要求。

  双螺杆压缩机/膨胀机供气系统从1992年开始在燃料电池中获得应用。单螺杆压缩机方面,浙江大学的研究指出随着压缩机工作转速的增大,空气压缩机的排气量/体积比明显提高,在保持排气量稳定的前提下,可以通过提高压缩机转速来减小设备体积,从而满足燃料电池对压缩机的质量和体积要求。透平式压缩机是一种速度式机械,转速较高,排气量与压力的提升都与它的工作转速有关,是一种紧凑的结构,能够在设计工况下达到很高的效率,但在偏离设计工况下,性能下降很严重。目前透平压缩机在大型燃料电池装置中已有应用。涡旋式压缩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。西安交通大学流体机械及压缩机国家工程研究中心曾成功研制可以用于PEMFC系统的无油喷水涡旋空气压缩机并通过验收。滑片式压缩机作为一种容积式压缩机,一般适用于3~10kW的小型燃料电池和便携式燃料电池系统。鼓风机适合于低压系统的燃料电池,它的发展将依赖于低压燃料电池技术的发展。

  凸显国家战略决心

  国家发改委、国家能源局印发《能源技术革命创新行动计划(2016-2030)》,重点部署了氢能与燃料电池技术创新等15项任务。《能源技术革命重点创新行动路线图》以及《中国制造2025》等规划均提到大力发展燃料电池技术:研究氢气/空气聚合物电解质膜燃料电池(PEMFC)技术、甲醇/空气聚合物电解质膜燃料电池(MFC)技术,解决新能源动力电源的重大需求,并实现 PEMFC 电动汽车及 MFC 增程式电动汽车的示范运行和推广应用。研究燃料电池分布式发电技术,实现示范应用并推广。

  国家工信部、财政部等四部委联合下发的《关于2016-2020年新能源汽车推广应用财政支持政策的通知》中也明确了燃料电池汽车的推广应用补助标准,为燃料电池汽车的发展进一步明确了政策方向。未来5年内燃料电池汽车补贴不退坡,凸显国家的战略决心。

  研究报告显示,欧日美政府正加大燃料电池产业的政策扶持:制定行业发展规划,归范行业标准,加大购车补贴,加快建设加氢站,支持企业进行核心部件的研究开发。奔驰、宝马、奥迪、福特、大众等厂家的燃料电池车型计划在 2016~2020之间集中投放。

  预计2020年燃料电池汽车将进入快速发展的爆发点,2020/2030年全球销量将达到5万/100万辆,市场规模有望超过2000亿元。根据国际能源署的展望,美国、欧洲、日本为了实现2摄氏度的温控目标,2050年燃料电池乘用车保有量将达 1亿台。

  部分压企前景看好

  国内燃料电池技术水平与国外仍有一定差距,政策的大力支持有望复制纯电动汽车的推广路径,实现弯道超车。目前国际市场处于第三阶段,即主要技术限制已解决,正着手降低各项成本以正式商业化。国内的技术差距主要在燃料电池发动机功率(35-50kW VS 90-100kW)和电堆使用寿命(5000h VS 18000h)。

  空气压缩机是保证燃料电池高效可靠运行的核心零部件,而压缩机可能是国内燃料电池汽车率先突破的细分领域,如雪人股份、汉钟精机等前景看好。储氢罐方面国内技术已经能做到35MPa,未来有望进一步突破达到70MPa,考虑国内公司的成本优势,未来发展空间同样巨大。



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