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大功率燃料电池BOP匹配之痛

2022-05-13 09:28来源:高工氢电关键词:燃料电池燃料电池系统氢能收藏点赞

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燃料电池电堆是燃料电池发动机的核心,BOP则是维持电堆持续稳定安全运行的关键。在燃料电池行业纵深发展下,BOP产业链各部件正在发生新变化。

(来源:微信公众号“高工氢电” ID:weixin-gg-fcev 作者:司玉国 )

BOP主要由空气供应系统、氢气循环系统、水热管理系统、控制系统组成。在国产化方面,BOP产业链各部件中的空压机、循环泵已基本实现国产化,技术相对成熟;增湿器由于之前国产化程度低,现正呈国产化替代加速趋势;电子水泵也已经实现国产化突围,已有企业实现批量化供应。在技术方面,受大功率趋势影响,BOP在以技术创新的方式快速推动产品迭代升级。

不过,就现阶段而言,BOP供应链水平暂时不能可靠地满足更大功率系统和电堆的需求,这是当前行业正在面临的一大问题。

大功率趋势下BOP供应现状

今年多家企业发布了200kW以上的燃料电池产品。系统方面,目前亿华通、上燃动力、潍柴动力、清能股份均已公开发布200kW以上产品;氢蓝时代、航天氢能也已表示会在2022年推出200kW以上的大功率系统。

电堆方面,去年10月下旬,氢晨科技单堆额定功率230kW的大功率金属板电堆完成性能测试。神力科技、氢璞创能、新研氢能、新源动力等国内主流电堆企业的产品最高功率也在持续走高。今年4月,国鸿氢能重磅发布的鸿芯GIII电堆额定功率超过200kW。

大功率燃料电池系统和电堆成为必然趋势的背景下,辅助系统的匹配情况成为市场关注焦点。目前,国内现有的BOP供应链水平在系统上暂时不能可靠地满足更大功率系统和电堆的需求。

“大功率是燃料电池行业的迫切需求,不过现有的BOP供应链水平暂不能可靠地满足更大功率系统和电堆的需求。”一位燃料电池企业负责人告诉高工氢电。

“我们也即将推出200kW的系统,在辅助配套方面,其实我们也在寻找适配的BOP,这也是我们当前正在面临的一个问题。”另一位燃料电池系统供应商如是表示。

以下是目前BOP四大关键部件空压机、循环泵、增湿器和电子水泵在适配大功率燃料电池系统方面的实际情况:

空压机方面:目前,两级压缩离心式空压机由于优势明显,经过实际装车验证,在技术上较为成熟,是空压机领域的应用主流。但是,众所周知,燃料电池系统功率增大,两级压缩离心式空压机的功耗就会越大。在大功率趋势下,为解决这一痛点,系统厂家及空压机供应商已集体将目光放在了采用透平能量回收技术路线的空压机产品上。不过,现阶段这类产品的技术还不够成熟,市场上基本还没有看到样品。

“我们在今年会推出240kW的大功率系统,在空压机的匹配上我们‘两步走’,第一步是采用不带能量回收装置的空压机;第二步是,等能量回收型空压机技术成熟了,再用新技术产品。”一家燃料电池系统供应商技术负责人告诉高工氢电。

增湿器方面:在匹配大功率系统方面,目前增湿器市场已经有2-3家企业推出了适配240kW系统的增湿器产品,且正处于验证阶段。推进大功率产品的系统厂家在选择增湿器时,一般采用定制开发的方式。在定制开发增湿器时,目前系统厂家及增湿器厂家双方会在“以哪种方式保证产品的耐久性”等细节上展开讨论。可以说,在大功率趋势下,系统厂家和增湿器供应商是合力在摸索中前行。

氢循环部件方面:氢循环部件主要有氢循环泵、引射器两类,在实际使用中各有优缺点。氢循环泵具有转速及流量调节可控、实用性高等优点,但存在噪音高、体积大、成本高、功耗大等缺点;引射器具备成本低、体积小、无寄生功率等优点,但存在无法实现全工况覆盖、普适性差等缺点。

在氢循环技术路线上,目前国内有三种应用方案:采用单一大排量氢气循环泵方案、采用氢气循环泵+引射器、采用引射器方案。在大功率发展趋势下,目前多数研发大功率系统的厂家在氢循环系统方面选择的技术路线是氢气循环泵+引射器,并表示这一技术路线在满足超大功率系统上基本不存在什么问题。

电子水泵方面:电子水泵相对其他部件技术难度要小,在适配大功率系统方面基本不存在问题,已有企业研发完成匹配200-300kW的电子水泵,并且已经开模具小批量出货。不过这类企业仍然整体偏少,系统厂家普遍反馈大功率系统电子水泵样机供应不足。

整体可见,目前BOP在产品层面基本能够满足车用领域大功率的需求,但技术还不够成熟,产品有待充分的实践验证;同时在供应层面,各细分领域只有少数厂家能够满足大功率需求。

这些BOP企业奋辑前行

燃料电池功率从2016到2018年的30~60kW,到2019年破100kW,再到目前国内实际上车超过120kW,再到现在在研产品超过200kW,功率持续走高背后反映的是燃料电池应用市场正在悄然变化。

“基于长途和重载的应用,大功率成为一个必然的技术路线趋势。比如49吨的牵引车如果真的跑干线的物流,哪怕不考虑超载的情况,200kW实际上只是起步。此外,除了交通领域,大功率燃料电池在船舶、储能等领域也有市场潜力,可有效拓宽氢能的应用边界。市场潜力驱动燃料电池企业追求大功率技术突破。”一位业内人士分析。

在这个过程中,BOP产业链显然还没有实现同步发展,这已经是行业当前面临的共性问题。为什么会出现这种情况?

“示范群官方推广车型集中在重卡、冷链/冷藏车、客车和乘用车,重卡虽有大功率需求,但是补贴有限,所以功率差不多就行了,大功率系统是趋势,但缺乏订单,BOP企业动力不足”。他一针见血地指出。

但是,这不并意味着BOP领域在大功率趋势下没有出类拔萃的佼佼者。

以华涧新能源为例,空压机方面,该公司已成功开发出IFCC06、IFCC16、IFCC24、IFCC32等系列空压机产品,可用于5-240kW的燃料电池系统,满足叉车、乘用车、商用车、固定电站等不同应用场景要求,产品性能、可靠性均达国际先进水平。

此外,势加透博、金士顿、东德实业、蜂巢蔚领、海德韦尔等空压机供应商也在以技术创新推进产品的迭代升级,帮助系统客户提升产品效率。其中海德韦尔VSEC系列产品在保持离心空压机高性能的基础上,增加了带可变几何截面的膨胀机系统,回收电堆出口尾气的能量,回收效率可达30%以上,特别适合超大功率氢燃料电池系统。

东德企业旗下的菱辰科技正与众多有意向客户共同推进适用于120kW-200kW范围的DK1000高速离心空压机适配的大功率系统的研发,同时公司注重200kW-250kW系统、300kW系统技术的前瞻布局,推出带能量回收功能的DK12K、DK15K,其流量分别达到280g/s、340g/s。

循环系统领域也已经涌现出一批表现突出的企业,如鸾鸟电气、杰锋汽车动力等,在持续推进产品创新,满足市场的大功率需要。其中鸾鸟电气是国内少数聚焦全引射路线的公司,鸾鸟电气总经理陆路明表示,现阶段公司的引射器额定功率引射范围可以覆盖2%-100%,额定引射当量比超过2.0。

增湿器方面,同优科技240kW级的增湿器产品正在进行测试验证;魔方新能源增湿器产品可覆盖7kW-240kW。

在氢能及燃料电池产业前景得到政策明确的情况下,企业开始探讨氢能在更多场景下的应用,以扩大氢能市场规模,这给BOP供应链带来了机会也带来了挑战。在发展道路上勇于创新、执着向前的BOP企业有望抓住新机会、实现新飞跃。


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