每天資訊氫能的應用及氫燃料電池零部件梳理

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氫能的應用及氫燃料電池零部件梳理

氫能:“21世紀的終極能源”#FormatImgID_1#

國際能源轉型一直沿著從高碳到低碳、從低密度到高密度的路徑進行,而被譽為“21世紀的終極能源”的氫氣是目前公認的最為理想的能量載體和清潔能源提供者。

氫能是一種清潔、高效、安全、可持續的二次能源,可透過多種途徑獲取。且符合我國碳減排大戰略,同時有利於解決我國能源安全問題,是我國能源革命的重要媒介。

氫能的應用及氫燃料電池零部件梳理

氫能的應用可以廣泛滲透到傳統能源的各個方面,包括交通運輸、工業燃料、發電等,主要技術是直接燃燒和燃料電池技術。

到2050年,氫能將承擔全球18%的能源終端需求,創造超過2。5萬億美元的市場價值,燃料電池汽車將佔據全球車輛的20%-25%,屆時將成為與汽油、柴油並列的終端能源體系消費主體。

2050年氫能在中國終端能源體系中佔比至少達到10%,氫氣需求量接近6000萬噸,其中交通運輸領域用氫2458萬噸,約佔該領域用能比例19%,燃料電池車產量達到520萬輛/年。

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涵蓋燃料電池零部件端

目前在燃料電池系統、電堆環節,國產企業已經實現產品批次供應,隨著膜電極國產化的逐步深入,燃料電池零部件產業鏈已經基本實現國產化。但產業鏈中空壓機、增溼器、氫氣迴圈泵、引射器等部件環節仍處於研發或小批次試製階段,持續引導國產化推進,實現技術獨立可控對成本下降意義重大。

空壓機

目前,兩級壓縮離心式空壓機由於優勢明顯,經過實際裝車驗證,在技術上較為成熟,是空壓機領域的應用主流。

但是,眾所周知,燃料電池系統功率增大,兩級壓縮離心式空壓機的功耗就會越大。

在大功率趨勢下,為解決這一痛點,系統廠家及空壓機供應商已集體將目光放在了採用透平能量回收技術路線的空壓機產品上。

不過,現階段這類產品的技術還不夠成熟,市場上基本還沒有看到樣品。

空氣壓縮

機的作用是將空氣增壓,為燃料電池提供適當壓力的氣體,使得燃料電池的陰極側的壓力始終處於較為高效的區間。

與一般的空氣壓縮機不同,燃料電池用的空氣壓縮機需要完全無油,以防止燃料電池催化劑中毒,影響燃料電池的輸出效能,並且還需要空壓機具有高流量、高壓比的特性。

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空氣壓縮機

增溼器

燃料電池電堆在反應過程中,質子交換膜需維持一定的溼度以保證質子交換膜處於合適的水飽和狀態,保持較高的電導,保持較高的反應效率,因此要求反應介質需攜帶一定量的水蒸氣進入電堆,這一步通常需要增溼器來實現,其重要性不言而喻。

“十年

一劍”我司經過無數次實驗,成功研製出增溼器的核心加溼材料,一種高分子複合材料中空纖維膜,目前公司已經成功開發(10kW-120kW級)適用國內市

場的增溼器,先後通過了國內多家客戶的測試,2021年已逐漸推向市場。

增溼器的作用是將空氣進行加溼,以提升燃料電池的輸出效能,提升燃料電池的效率。

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增溼器

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中空纖維膜

氫氣迴圈部件

氫迴圈部件主要有氫迴圈泵、引射器兩類,在實際使用中各有優缺點。氫迴圈泵具有轉速及流量調節可控、實用性高等優點,但存在噪音高、體積大、成本高、功耗大等缺點;引射器具備成本低、體積小、無寄生功率等優點,但存在無法實現全工況覆蓋、普適性差等缺點。

本公司擁有渦旋式氫氣迴圈泵的技術與專利,使其設計出全球最前沿的無油渦旋式氫氣迴圈泵,透過精細的力平衡,使動、定渦卷之間的摩擦損失最小化,提高了產品的壓縮效率、穩定性及使用壽命,直接減少氫氣迴圈泵的綜合使用成本。

同時動、定渦卷的無頂密封結構,避免了密封磨屑粉塵汙染問題,成為最理想的氫氣迴圈裝置。

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氫氣迴圈泵

氫氣引射器的作用與氫氣迴圈泵的作用類似,與氫氣迴圈泵的不同之處在於,氫氣引射器是純機械件,當按照燃料電池堆的額定功率設計時,使得引射器只能在一定的工作區間內起作用,尤其是燃料電池低功率時,引射器的作用較小。為解決該問題,可設計大、小兩個引射器配合使用,或者配合一合適規格的氫氣迴圈泵使用。

本公司自主研發組合分配引射器,利用不同大小引射器透過邏輯控制組合,加持全工況系統控制策略,可實現流量無級調節,避免目前市場上引射器適用工況窄的缺陷。且擁有自主智慧財產權,利用機械引射結構替代氫氣迴圈泵,從而減少做功、提升效率、降低系統成本、延長使用壽命。

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氫氣引射器

氫燃料汽車:我國已進入商業化初期

《中國氫能源及燃料電池產業白皮書》指出,交通領域將是氫能消費的重要突破口,在商用車領域,2030年燃料電池商用車銷量將達到36萬輛,佔商用車總銷量的7%(樂觀情景將達到72萬輛,佔商用車總銷量13%);2050年銷量有望達到160萬輛,佔比37%(樂觀情景下銷量300萬輛,佔比70%以上)。

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當前我國燃料電池汽車已進入商業化初期。

財政部、工業和資訊化部、科技部等5部門聯合釋出《關於開展燃料電池汽車示範應用的通知》,明確燃料電池汽車示範期間,將採取“以獎代補”方式,對入圍示範的城市群按照其目標完成情況給予獎勵。

在補貼扶持期間,補貼後燃料電池汽車基本實現對標燃油車平價,刺激市場化整車採購需求,推動產業邁出規模化第一步,進入降本放量的良性迴圈,加速平價階段的到來。

因此,產業發展初期的政策扶持顯得尤為重要,政策扶持下產業進入規模化-降本-開拓市場的良性內迴圈,此外,持續的技術進步也將反哺解決各環節核心技術的成本制約,進一步提升商業化競爭力。