心脏之“肺”——国内燃料电池空压机市场解读_世纪新能源网-光伏储能风电氢能电力行业门户 Century New Energy Network

燃料电池系统被称为燃料电池汽车的“心脏”，而燃料电池空压机被称为燃料电池动力系统的“肺”。心肺功能强大才能促使设备良好运行，心脏需要强心剂，需要肺部持续不断的输送空气。

近两年，随着随着国内氢燃料电池系统市场的不断扩大，围绕燃料电池系统的核心零部件也在加快国产化的步伐。“心肺复苏”之势逐渐凸显。数据显示，2021年中国企业燃料电池空压机出货超8000台，同比上年增长146%。

燃料电池系统包括燃料电池堆、氢气循环系统、加湿器和空压机这四个关键部件。其中，空气压缩机的作用是根据燃料电池堆的输出功率为燃料电池提供所需压力和流量的空气,对于燃料电池系统的性能有着重要的影响。增加氧气的供气压力可以使燃料电池系统的功率密度增加、燃料电池堆效率提高、体积尺寸减小。

空压机性能要求:

无油。润滑油膜覆盖质子交换膜和催化剂会隔绝氢氧电化学反应。

小型化及轻量化。汽车内部空间有限，要提高空压机的压缩能力，可以通过增加容积或者增加轴承转速两种方式，小型化高转速是大势所趋。

噪声低。目前国内很多车辆的噪声较大和空压机密切相关，噪声源主要来自于空气与管道之间的摩擦以及空压机高机械转动的声音及转动的声音。

动态响应快。车用动力系统会从“氢电锂电混合”走向氢电全功率驱动，空压机需要在每个工况下都能及时提供指定压缩空气。

材料要求高。为了达到压缩机低成本、低噪声、耐久性的目的，必须为压缩机的关键部件开发低成本、稳定的摩擦性能和耐磨性的涂层和材料。

燃料电池汽车空压机类型

目前常用的空压机类型有涡旋式、螺杆式、活塞式、离心式、罗茨式和滑片式。

涡旋式空压机容积效率较高,压力和流量可连续调整,高效率工作区较宽,但质量和体积较大;在丰田、UTC等公司的燃料电池中已有应用。

涡旋式空压机

螺杆式空压机的工作原理是利用螺旋齿相互啮合,螺杄啮合线把螺旋槽分割成多个密封工作腔,螺杆转动,密封腔在一端形成,不断向另一端移动。螺杆式空压机又分为双螺杄和单螺杆两种。

螺杆式空压机由于结构紧凑、可靠性好、质量轻,压力和流量调整灵活,在PlugPower、Ballard等公司的燃料电池中被采用。

螺杆式空压机工作原理

双螺杆空压机

单螺杆空压机

离心式空压机具有排气量大、结构紧凑、体积小、响应快、效率高、工作平稳和寿命长等特点,被认为是未来最有前途的增压方式之一,但在低转速时要避免“喘振”的发生。

离心式空压机的工作原理是通过高速旋转的叶轮对气体做功,在叶轮和扩压器的流道内,利用离心升压和降速扩压作用,将机械能转换为气体压力能。Honeywell、MITI、LIEBHERR、AERITECH、MOHAWK、德燃动力等公司已研发了一系列用于燃料电池的离心式空压机。

罗茨式空压机属于回转式空压机。在其内部有两个罗茨转子互相啮合从而将气体截住,并将气体从进气口送到排气口。罗茨压缩机的工作过程可以概括为:从入口封入气体→排气口的高压过热气体返流→将封入及返流的气体挤出。伊顿公司已研制出适用于80W燃料电池系统的VS系列罗茨式空压机,且该空压机在做功能力、功率密度以及经济性等方面具有较大的优势。

离心式空压机原理图

某型离心式空压机性能MAP图

罗茨式空压机工作原理

滑片式空压机是容积式旋转压缩机。转子旋转时,滑片受离心力的作用从槽中甩出,其端部紧贴在气缸内表面上,把月牙形的空间分割成若干扇形小室,称之为基元。随着转子的连续旋转,基元容积从大到小周而复始地变化,由此达到压缩气体的目的。

滑片式空压机原理

目前美国MechanologyLLC公司开发了用于燃料电池系统的螺旋式交叉滑片压缩机。

从空压机类型来看，2021年国内销售的空压机以离心空压机为主。2021上半年有部分企业仍使用罗茨式空压机，在2021年下半年开始逐步切换成离心式双极增压空压机；近三年来，国内离心式空压机的市场份额由29%增长至95%。国外燃料电池空压机研发主要集中在美、欧、韩、日等，罗茨式空压机主要研究单位是美国伊顿公司和日本丰田；螺杆式空压机主要研究单位是瑞典OPCON公司；离心空压机的主要研究机构包括美国Garrett、德国BorgWarner和日本IHI、英国Aeristech、瑞士Fisher及韩国现代等整车企业。

国内代表性企业

国家电力投资集团有限公司

2019年1月，国电投总经理江毅透露，集团在氢燃料电池开发领域获重大突破，完成了相关催化剂、扩散层、膜电极、双极板、电堆组装、系统控制、空压机等系统设备自主研发，在实现燃料电池全产业链完全自主化的同时，部分性能指标达到了世界领先水平。

潍坊富源增压器有限公司

潍坊富源增压器有限公司始建于1958年，是国家认定的高新技术企业，公司目前主营产品为空气悬浮离心风机和涡轮增压器，是目前国内独立掌握空气悬浮技术的空气悬浮系统制造商和综合实力最强的涡轮增压器供应商之一。

公司开发的SH系列涡轮增压器产品性能达到国际先进技术水平，公司的《内燃机全工况高增压关键技术及工程应用》获得国家科技进步二等奖，打破了国外高压比增压器的技术垄断，产品可以直接替代进口产品。

福建雪人股份有限公司

福建雪人股份有限公司创建于2000年3月，于2011年12月在中国深圳证券交易所上市（公司股票代码：002639），是一家以压缩机为核心，集余热回收发电、新能源、工商业制冷及其成套制冷系统的研发、设计、制造、销售、工程安装、售后服务于一体的高科技企业。

公司主要从事压缩机及机组、余热回收膨胀发电机组、氢燃料电池空气压缩机、磁悬浮离心压缩机、工商业制冰设备及制冰系统的研发、生产和销售，目前公司产品的应用领域主要有：水利水电、大型建筑、核电站、大型路桥等行业的混凝土冷却，煤矿采掘业的矿井降温，食品冷加工及保鲜，化工反应釜降温以及冷链物流、冰蓄能空调、人工降雪、生物菌养殖、冷冻干燥、海水淡化、新能源汽车、国防军事等领域。

上海汉钟精机股份有限公司

上海汉钟精机股份有限公司(股票代码002158)成立于1996年，是一家中外合资股份制企业。

公司产品包括螺杆式制冷压缩机、螺杆式空气压缩机、螺杆式冷冻压缩机、螺杆式无油真空泵、离心式制冷压缩机、ORC螺杆膨胀机、高温热泵压缩机、磁悬浮离心式制冷压缩机、涡旋式空气压缩机、无油涡旋空气压缩机、喷水无油空气压缩机等等，广泛运用于各行各业，是重要的通用设备之一。

江苏金通灵氢能机械科技有限公司

金通灵成立于1993年，位于江苏省南通市，2010年6月在深交所上市，专注于大型工业鼓风机、压缩机、蒸汽轮机等流体机械领域，依托高效气化炉、小型高效再热锅炉、高效汽轮机为核心的小型发电岛成套技术开拓新能源、可再生能源等业务。

2018年，氢燃料电池行业骤然升温，金通灵成立了江苏金通灵氢能机械科技有限公司（下称“金通灵氢能机械”），从事氢燃料电池空气压缩机、氢能备用应急电源研发、生产、销售等业务。

嘉兴德燃动力系统公司

德燃动力系统有限公司是一家中德合资企业，主要业务领域为燃料电池汽车及其它新能源领域动力系统技术开发、技术咨询、技术转让、技术服务；燃料电池系统、核心部件的开发、服务、生产供应。

2018年8月，嘉兴德燃动力系统公司在浙江嘉兴总部首次发布了公司自主研发的两款燃料电池专用空压机，为车用15-50kW燃料电池发动机系统量身打造，其型号分别为FAC-40-D和FAC-50-D。德燃动力已建立千套级燃料电池专用空压机完备的生产与测试能力，本次发布的两款产品已应用到德燃动力研发的燃料电池发动机系统产品中，并通过燃料电池轿车、公交车、物流车的长期实车验证。

北京伯肯节能科技股份有限公司

北京伯肯节能科技股份有限公司，北京兰天达汽车清洁燃料技术有限公司和北京伯肯当代氢燃料电池实验室有限公司是北京伯肯的全资子公司。

成立可以追溯到1997年（由北京科委主持创建），始终致力于氢洁能源气体增压及应解决方案业务，在全国主要完成了近400座包括天然气加气站设备、钻井平台伴生气增压设备、风洞用空压机设备和煤层气增压设备等解决方案及产品；完成北京公交接近100%的车载天然气供应系统及主要车厂天然气供气系统。

广东广顺新能源动力科技有限公司

广顺新能源动力科技有限公司成立于2010年，主要从事生产和销售新能源动力设备及材料，节能环保设备及材料等。然而，“广顺”的前身是一家电器公司。广顺电器有限公司创立于1997年，主要研发生产制氧机、雾化器等医疗保健类产品和无油空气压缩机。

广顺新能源研发的燃料电池空压机、氢气循环泵、燃料电池加热器等10多个用于氢燃料电池动力装置的核心零部件，已在国内多家的燃料电池汽车制造公司中取得了很好的应用效果，部分型号产品已形成小批生产。

丰电科技集团股份有限公司

丰电科技是国内最早的压缩空气系统综合解决方案的提供商之一。工业压缩机是工业领域通用设备，丰电科技客户既有来自能源、冶金、矿山等上游开采行业，也有机械、纺织、汽车、钢铁等中下游制造业。公司目前工艺压缩机收入快速上升并新增压缩空气能源供应收入，2021年实现营收2.97亿元，同比增长82.4%，实现归母净利润1710万元，同比增长625%。

年报显示公司为张家口市交投壳牌制氢充装项目，保障冬奥会氢气供应，共为冬奥会重点氢能项目提供了14套氢气充装压缩机；2021年12月空格子公司丰电金凯威与国家能源集团北京低碳清洁能源研究院合作研发的90Mpa/350m3大排量加氢站用氢气隔膜压缩机通过氢气介质下性能测试，为国内首台套氢气介质下的90Mpa高压大排量隔膜压缩机。

势加透博（北京）科技有限公司

势加透博结合国家氢能和燃料电池产业大发展机遇，2016年开始自主研发XT-FCC系列气悬浮空压机，产品作为可靠强劲的“肺”为燃料电池提供洁净空气，2019年开始落地产业化，填补了国内燃料电池车规级无油离心机空白。2021年FCC实现全球销售近5500台，在国内市占率第一。

烟台东德实业有限公司

东德实业是冰轮集团旗下冰轮海卓氢能技术研究院的孵化公司。东德实业一直专注于氢气循环泵、离心式空气压缩机、罗茨式空气压缩机、加氢站隔膜压缩机的研制和生产，产品也处于国际领先的地位。目前，东德实业所研发的产品已广泛应用于氢燃料电池车及相关配套设施，包括物流车、客车、叉车、冷链车、卡车、商用车等，并且全方位覆盖大、中、小型发电、无人驾驶及军工领域。东德实业表示，目前公司在市场上的占有率已达70%以上，年产值近亿元。

2021年，东德的氢气循环泵、空气压缩机、加氢站压缩机等，通过了中国通用机械工业协会鉴定，填补了国内空白，已经批量用于燃料电池系统，取得了显著的经济社会效应。

河北金士顿科技有限责任公司

金士顿科技前身是石家庄金士顿轴承科技有限公司，公司成立于2010年，是一家专业从事高速轴承、箔片式动压空气轴承、高速流体机械研发设计、生产制造、销售服务为一体的环保型高新技术企业。

2016年底，金士顿科技开发出了燃料电池用无油空压机。JSD无油空压机采用空气轴承、高速永磁电机以及高频控制器等核心技术，所有核心技术均为金士顿自主研发。空气轴承自身具有高转速、无摩擦、免维护等优点，由于采用空气轴承，使产品实现了真正的无油润滑，从根本上保证了入堆空气的洁净无油，并且空气轴承的启停寿命满足200000次启停要求。

中山大洋电机股份有限公司

大洋电机是一家全球电机及驱动控制系统解决方案供应商，拥有建筑及家居电器电机、新能源汽车动力总成系统、车辆旋转电器、氢燃料电池系统及其关键零部件等产品；是具有空压机等关键BOP和氢燃料电池发动机及控制系统等完整产业布局的氢能产业供应商。

公司目前已经形成了“电机+电控+氢燃料电池”的完成产业链。拥有年产超过8000万台套建筑及家居电器电机、600万台车辆旋转电器、50万台车辆旋转电器、50万台套新能源汽车动力总成系统及3000套氢燃料电池系统的生产能力。

北京稳力科技有限公司

稳力科技成立于2014年，是国家高新技术企业，中关村高新技术企业，专业从事气悬浮离心机械以及燃料电池发电系统设计、开发、生产和销售的高科技企业。

稳力科技专注于为新能源汽车以及工业领域提供气悬浮空压机产品与服务，掌握第4代气体动压轴承核心技术，具备气悬浮离心机正向开发能力，目前已形成以“气悬浮空压机开发与推广”、“燃料电池发动机系统技术开发”为核心的主要产品模式。稳力科技四款燃料电池空压机和两款工业空压机已达批量制造阶段，一款燃料电池叉车及一款燃料电池物流车发动机系统已完成开发。经第三方机构检测，稳力科技燃料电池空压机产品在效率、噪音及可靠性方面达国际先进水平。

参考文章：《燃料电池发动机：燃料电池系统及氢气供应系统》