【压缩机网】随着氢燃料电池行业的快速发展，空压机领域的关键部件“崛起”：首先，受示范政策的影响，市场需求显著增加。氢电研究所（GGII）调查数据显示，2021年燃料电池空压机出货量超过700台，2020年出货量为4068台，同比增长70%以上。
第二，在技术路线方面，大多数企业正在从两级压缩离心式空气压缩机扩展到具有能量回收装置的空气压缩机，以应对不断增长的功率产品的发展趋势，并不断优化更长的使用寿命和更长的产品保修。相关企业包括势加透博、金士顿、易合捷、蜂巢魏玲、海德韦尔、东德工业等。
本文重点关注燃料电池空气压缩机技术路线的飞跃、市场化进展和存在的技术挑战，以便业界对当前国内空气压缩机的发展有更全面、更客观的了解。
主流供应商“涌向”能源回收技术
空气压缩机是燃料电池系统的“肺”，其重要性不言而喻。在燃料电池的整个发展过程中，行业尝试了离心式、螺杆式、罗茨式、涡旋式等多种空气压缩机技术路线。随着燃料电池功率的快速提高，两级压缩离心式空气压缩机的优点比其他类型的空气压缩机更加突出。经过实际装载验证，技术相对成熟。
但空压机的技术路线需要进一步迭代升级。
新开发的氢燃料电池系统的功率已达120kW，甚至更高，以满足重型卡车等应用需求。如果继续采用主流的两级压缩离心空气压缩机技术，空气压缩机所需的空气流量和压缩比将大大提高，空气压缩机所消耗的电源功耗（寄生功耗）将从目前的15%增加到20%以上，这意味着氢燃料电池空气压缩机的效率将降低5%以上。海德韦尔总经理顾茸蕾说。
另一家燃料电池空气压缩机供应商还表示：“采用两级压缩离心式空气压缩机技术，堆功率越大，空气压缩机寄生功耗越大，系统效率越低。以250kW的堆为例，两级压缩离心式空气压缩机的寄生功率约为45kW，加上其他BOP能耗，系统只能输出200 KW的电能。这种经济性很低。”
那么，如何适应氢燃料电池系统功率增加的需求，同时降低空气压缩机的寄生功耗呢？为了解决这一问题，国内主流燃料电池空气压缩机供应商的选择是探索开发更大功率水平的空气压缩机产品，采用涡轮膨胀原理，回收部分电堆排气能量，降低空气压缩机对电源功率的需求。
势加透博、金士顿、东德实业、易合捷、蜂巢蔚领、海德韦尔、华涧新能源等已在这方面展开布局的企业。其中，一合捷正在试制样机；蜂巢威灵帮助6-7位客户完成系统架性能测试，1-2位客户正在进行耐久性测试；海德韦尔带能量回收系统的空气压缩机样品VSEC系列已成功离线；华建新能源正在测试能量回收技术路线的空气压缩机样品；东德实业表示，将推出与国内知名制造商合作开发的重型能源回收产品。
“对于功率相对较小的电堆或系统，我们认为两级压缩空气系统可以满足当前的一些需求，但对于大功率燃料电池产品，增加涡轮膨胀机的能量回收可以降低空气压缩机的功耗，提高空气压缩机的效率。”易和捷市场产品部主任龚振浩说。
在空气压缩机上增加涡轮膨胀机也可以有效降低氢气成本。蜂巢威领燃料电池空气压缩机技术总监杜洪水计算了一个账户：“以200公斤的系统为例，传统的两级空气压缩机的寄生功率约为45公斤。根据堆出口（进入涡轮机）的不同余热和余压能量，使用带能量回收的涡轮膨胀机可以将空气压缩机的功耗降低15-30%，15%可以降低6.75公斤，低热值氢和燃料电池系统的效率为54%、计算平均发电负荷50%，每小时可节省氢气0.191公斤，节约成本6.7元(氢气35元/kg），累计节氢1907公斤，运行1万小时，节约成本66753元。”
目前，国内主流空气压缩机供应商正集体向透平能量回收空气压缩机的技术方向跃升。
这条技术路线预计什么时候会上市？
这种带涡轮膨胀机系统的空压机产品(以下简称“膨胀机”)已经上市了吗？预计什么时候可以装载？
“理论上，这条技术路线是可行的，但市场上的产品很少，基本上没有样品。”许多燃料电池系统制造商向高工氢电提供反馈。
这种情况主要来自三个方面：第一，膨胀机需要与燃料电池集成，这就要求膨胀机产品能够与电堆和系统的性能相匹配。”这不同于两级离心式空气压缩机的配置。所涉及的因素非常复杂。开发这种产品需要时间和验证。”一家燃料电池空气压缩机供应商说。
其次，膨胀机有其可行性，但回收气体含有水或其他杂质，会腐蚀和损坏回收装置。同时，这种水/杂质的存在也会对燃料电池系统的使用寿命和可靠性产生一定的影响。如何优化这个问题？目前，一些空气压缩机企业可以从涡轮本身的涂层和材料升级中控制回收气体中的水分/杂质，但这个问题仍然是大多数空气压缩机企业面临的难题。
第三，在市场层面，目前的燃料电池市场是以政策为导向的，而不是以技术为导向的。虽然膨胀机是提高额定功率点效率的最有效和最经济的方法。然而，实际应用程序不需要运行到额定功率点，因此经济不能反映在实际应用中，所以市场并不急于在这方面投入太多的精力。
此外，膨胀机的着陆应用需要系统制造商配合测试，共同验证和改进。目前，市场上没有多少供应商能够提供膨胀机，也没有多少系统制造商能够和愿意测试膨胀机。这在一定程度上影响了膨胀机“市场”的过程。
“挑战是客观存在的，但膨胀机本身也符合燃料电池的大功率发展趋势，并有一定的市场需求。总的来说，这条技术路线大约需要一年的时间，应该会有稳定的产品推出和应用。”业内人士一致认为。
