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燃料电池空压机争霸 难掩技术成熟度不足

  日前,丰田发布了第二代氢燃料电池电动汽车——新一代Mirai。新车已在日本市场正式发售,新车配备了3个储氢罐,最大续航可达850km,共推出5款车型,售价为710-805万日元(约合44.5-50.5万元人民币)。Mirai的发布掀起了社会各界热议。
 
燃料电池空压机争霸 难掩技术成熟度不足
 
  氢燃料电池电动汽车其核心部件是为整车提供动力的氢燃料电池,车用氢燃料电池系统主要包括:电堆子系统、氢气供应子系统、空气供应子系统、热管理子系统、水管理子系统等五个子系统。空气供应子系统成本约占燃料电池系统成本的20%,能耗约占燃料电池输出功率的20%~30%。车用氢燃料电池专用空压机是燃料电池空气供应子系统的核心部件,通过对进堆空气进行增压可以提高燃料电池的功率密度和效率。但是,车用氢燃料电池空压机应该用哪种类型,市场并没有最终定论。
  在技术摸索过程中,离心式、螺杆式、罗茨式、涡旋式等各种技术路线并存,国外企业抢先一步,国内企业快速跟进,都在意图抢占潜力广阔的燃料电池市场。
  据高工产研氢电研究所(GGII)数据显示,2019年我国氢燃料电池空压机出货量为3790台,同比增长110.56%;2019年我国氢燃料电池空压机市场规模为1.60亿元,同比增长82.65%。
  未来,随着燃料电池汽车“十城千辆”示范推广方案的实施,燃料电池空压机销量及市场规模还将大幅上升。GGII预测,2020年我国氢燃料电池空压机出货量将超过6000台,市场规模将超3亿元。氢燃料电池空压机市场在释放出巨大潜力。
  为抓住这一潜力市场,国内市场中上游零部件和关键材料供应商对其布局者众多,并已让该市场呈现出新的特点:
  其一:多种技术路线“春秋争霸”;其二,品牌集中度高,品牌竞争日趋激烈。GGII数据显示,2019年国内市场空压机出货量TOP5供应商为东德实业、UQM、金士顿、广顺新能源、浙江恒友,且市场占有率高达85.44%。
  与此同时,整体环境上,国内加氢站建设步履维艰,掣肘燃料电池产业的壮大乃至燃料电池空压机的发展;有技术沉淀的外资品牌虎视眈眈,待市场逐渐成熟,一场由他们发起的抢夺战亦将难以避免。
  燃料电池空压机虽处于培育初期,但市场雏形已显现,即将面临的挑战也并不比别的产业少,甚至更大。
 
  多种技术路线激烈竞争
  当前,针对不同的燃料电池系统的性能要求,燃料电池空压机依然是多种技术路线并存的状态。主要类型有:螺杆式、离心式、罗茨式。
 
燃料电池空压机争霸 难掩技术成熟度不足
 
  值得一提的是,目前国内外企业中80%以上空压机供应商选择离心式空压机作为其产品研发方向。本田、戴姆勒、通用、上汽的前一代空压机类型是螺杆式或罗茨式,但当前类型均为离心式。
 
燃料电池空压机争霸 难掩技术成熟度不足
 
  “从高效、小型化和降噪音方面考虑,离心式空压机如果做得好,相对其他机型在未来将占绝对优势。”一位知名燃料电池系统企业高层表示。
  势加透博总经理张学锋也认为,离心式压缩机在功率密度、效率、噪声等方面具有最好的综合效果,从目前国内外的研究发展方向来看,离心式空压机将是今后主流的发展方向。
  不过,离心式空压机在低流量时会发生喘振现象,这将严重影响系统的性能和空压机的使用寿命。离心式空压机或是主流趋势,但在大规模产业化来临之前,仍需要继续完善。
  离心式空压机之外,另一被市场看好的是罗茨式空压机。UQM负责人认为,在未来,罗茨式空压机和离心式空压机将会并存:
  一方面,燃料电池在1.8-2.2bar的运行已经数十年,经历过长期的验证过程,空压机及其他零部件的可靠性都达到要求。另外,材料的成本还在继续优化当中,因此维持原状的道理是数十年的验证可靠性,比实验室的推论重要。
  另一方面,原来的燃料电池汽车都是乘用车,安装空间有限,采用离心机是合适的选择。但是目前全球的燃料电池应用场景会转型为商用重卡为主。而罗茨式空压机加上高功率密度的电机及电机控制器,将能满足用户对商用重卡的整体要求。
  2019年国内空压机市场中,罗茨式空压机出货量和市场规模占比均在50%以上,主要因为罗茨式空压机价格相对离心式更低,目前可以满足下游应用需求。
  GGII调研数据显示,离心式空压机和罗茨式空压机在市场份额上呈胶着状态,螺杆式空压机所占市场份额也不少。
 
燃料电池空压机争霸 难掩技术成熟度不足
 
  雪人股份副总经理张坚认为,螺杆式空压机拥有自身的不可替代性:“金属双极板电堆被认为是下一代氢燃料电池主导方向。与石墨双极板路线比较,金属堆能够实现更高比功率密度,量产后的成本也相对便宜。金属堆对于入口的空气压力提出很高的要求。而提高电堆入口的空气压力,可以提高输出性能(电堆体积减小)、优化水管理能力(加湿器体积减小)等。螺杆式空压机最大的优势在于压比高,性能稳定,耐久可靠性高,易于控制。”
  客观来看,燃料电池空压机市场多强争霸,谁将胜出,还有待观察。从下游用户燃料电池系统企业看来,无论是哪一种技术路线,国产空压机在可靠性和使用寿命上还缺乏足够的验证,国内空压机供应商需要多做验证,把产品的技术打牢,把产品做成熟,而不要盲目扩大市场。
 
  国产替代市场规模与展望
  相关预测显示,2020-2025年国内氢燃料电池汽车产销达到5万辆,2026-2030年达到130万辆。
  在满足燃料电池汽车产销条件的前提下,根据国内燃料电池空压机成本测算,未来5年内燃料电池车用空压机市场规模将达到10亿元/年,未来10年内市场规模将达到100亿元/年的量级,即到2030年,空压机国产替代的市场规模将达到百亿级别。
 
燃料电池空压机争霸 难掩技术成熟度不足
 
  巨大的替代空间下,国内空压机品牌纷纷发力。2018年,势加透博首台样机初全工况运行测试成功,其国内首条燃料电池无油离心空压机自动流水线于2019年9月建成投产。该生产线月产能达到1000台。
  金士顿空压机广泛应用于公交、物流车辆,与燃料电池系统相匹配。目前,金士顿已具备年产能5000套空压机的产能。
  毅合捷集团2019年引进英国公司Aeristech技术在无锡工厂投产燃料电池空压机。与此同时,航天十一所、国电投的企业也在投入研发。
  星星之火虽已经燃起,对国产空压机品牌企业来说,即将面临的调整或许更大。
  “目前来看,国产空压机最大的优势在于性价比和售后服务。”国内一家燃料电池系统企业负责人认为,目前依赖进口的核心部件中,空压机正在逐步实现国产化,在试运营阶段问题还不大,但要满足未来大批量需求,还要在可靠性和使用寿命上下功夫。
  同时,随着合资股比的限制解除,外资品牌“鲶鱼群”的到来,相对于外资企业在燃料电池空压机技术上持续的积累,国产空压机有被“碾压”的风险。
  未来随着越来越多的外资品牌围猎国内市场,特斯拉“吊打”国产电动汽车品牌的事例或也将在燃料电池空压机领域上演。
  此外,目前国内燃料电池汽车虽然是国家支持发展产业,但加氢站基础设施的完善与否,仍将在未来很长一段时间内掣肘国内燃料电池汽车的发展。
  “加氢站的建设直接影响国内燃料电池产业的发展,而国内燃料电池产业的发展,又直接决定了相关零部件的发展。”一位投资人士表示,考虑到国内当前加氢站薄弱的现状,看好氢燃料电池产业发展趋势,同时又对国内氢燃料电池产业及相关零部件的前景持保留态度。
  近日,中国汽车工业协会发布了最新产销数据:2020年9月,我国燃料电池汽车产销量均已降至个位数,分别仅为3辆和1辆,同比分别下降97.6%和99.2%;1—9月,累计产销量分别为570辆和579辆,同比处于负增长状态。与此形成鲜明对比的是,全国汽车市场进入传统旺季,9月份新能源汽车产销量双双突破13万辆,同比增长48%和67.7%,刷新了9月份新能源汽车产销量的历史纪录。其中,纯电动汽车产销量分别为10.7万辆和11.2万辆,同比增长40%和71.5%;插电式混合动力汽车产销量分别为2.9万辆和2.6万辆,同比分别增长89.5%和53.9%。
  在多位业内人士看来,相比于其他新能源汽车,燃料电池汽车产业发展缓慢主要是由于氢燃料电池技术成熟度不足。
 
  核心零部件国产化率较低
  自2019年氢能被首次写入《政府工作报告》——“推动充电、加氢等设施建设”,国内企业布局氢能产业的步伐便开始提速,市场对其发展前景尤为看好。根据中汽协此前预测,2020年底我国燃料电池汽车保有量将突破1万辆,但截至目前仅约6700辆,能否达成万辆不确定性较大。
  在中国科学院院士何鸣元看来,氢燃料电池产业发展速度不及预期,和氢能源的特点有较大关系。“氢能发展的最大问题是集中难度大,将不同来源的氢能收集、压缩使其处于能量密度的负极,这不仅要花很多功、损失较多能量,还将带来安全隐患。我认为,氢能只是能源体系的补充,不能作为能源发展的新阶段或新层次,仅可以在部分地区有效利用。”
  在多位产业内人士看来,何院士提及的发展困境恰是氢燃料电池技术成熟度有待提升的表现。清华大学的相关研究显示,当前我国燃料电池的技术储备,不足以支撑其在市场上大量推广,自主技术与国外先进水平存在差距。
  爱驰汽车动力系统副总裁吴畏表示:“目前,我国高压储氢燃料电池系统存在无核心技术、零部件成熟度底等问题。比如,质子交换膜、高压储氢罐、空压机等关键产品还需要依赖进口,大部分零部件仍处于前期开发阶段,国产化率低,产业化难度大。”
  近日举办的“绿色氢能和液态阳光甲醇高端论坛”显露,燃料电池企业在研发和生产上存在较大资金压力,梅赛德斯—奔驰、福特等国际知名车企已经纷纷搁置了燃料电池汽车发展计划。
燃料电池空压机争霸 难掩技术成熟度不足
 
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