中国空压机市场调研：9家公司大比拼，谁能笑傲江湖？

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　　一年前和很多投资人交流，提到燃料电池动力系统，大家都会说到电堆及核心组件和系统集成，但对空压机的讨论少之又少。而当很多朋友开始坐上这些燃料电池汽车的时候会发现，车辆的噪音较大，有一些还伴有很大的抖动。当然这可能跟非运营车辆乘坐较少有关。

　　香橙会研究院和产业内不同层级的人士交流，在问到氢燃料电池产业化进程中，哪些关键零部件国产化进度更快些时，很多从业者都表示是空压机。

　　我们国家有哪些国产化进度较快的燃料电池空压机厂家，谁又能最先胜出呢？

　　
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　　燃料电池空压机不是简单的鼓风机

　　其实，氢燃料电池汽车中，整个系统可以类比成一个发电机组，电堆相当于一个反应池，空压机则是给其阴极供应氧气（空气直接供给）的一个重要部件。目前主机厂层面，上汽已经初步形成了以捷氢新能源为主的产业化平台；而集成方面，因为有电动车金玉在前，已经形成了一定的积累。

　　图1燃料电池发动机结构示意图

　　资料来源：公开资料

　　燃料电池之所以使用空压机，因为空压机工作过程中，通过对空气进行增压，加大空气的供给，即可增加氧气的输入，可以提高燃料电池的功率密度和运行效率，同时减小燃料电池系统本身的尺寸。这个产品会影响燃料电池系统在整车应用中的效率、水平衡等特性。

　　但空压机也是燃料电池主要的一个噪音污染源和振动源，其性能直接影响整车乘坐的舒适性。燃料电池反应堆化学反应对空气的温度、湿度、压力和流量等参数非常敏感，这些因素都决定了广泛应用的工业压缩机无法满足燃料电池对空气的高要求。

　　空压机技术在国内来说，很多工业空压机的声名享誉海内外，但是不是真正适合大规模产业化应用于燃料电池汽车，我们接着看。

　　
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　　燃料电池使用空压机的必须特性

　　典型的燃料电池空气供应系统是由空气过滤器、空压机、电机、中冷器、增湿器和膨胀机，而目前，高速离心式的压缩机则无需使用膨胀机。从国内的一些企业了解到，很多螺杆产品也未使用这类膨胀机产品进行排气能量的回收。

　　空压机在做功过程中，效率、进出压缩比是性能的重要指标，使用在燃料电池上，空压机需要具备以下特性：

　　（1）在燃料电池的使用中的空压机需要无油化，空压机如果使用润滑油，会致使电堆发生中毒，因此空压机需要采用水润滑轴承或空气轴承。

　　（2）小型化及轻量化，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。

　　（3）乘坐车辆的舒适性需要低噪音，目前国内的很多车辆噪音较大和空压机密切相关，噪音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。

　　（4）规模化后成本可控，燃料电池受其功率密度和成本的限制，小型化和低成本有助于燃料电池汽车的产业化。据悉，在目前产业推进的过程中，部分车企特别是进行乘用车示范的车企，在国产化试验过程中，采取小体积高转速进口的空压机，不但价位达到数十万，而且经常供货期漫长。

　　（5）控制系统，车辆对需要功率变化较大，空压机需要能够及时地做出响应，对空气流量进行控制，目前国内在这一块的积累较多，但硬件产品存在缺失。

　　图2 主流车载空压机的性能对比

　　车载空压机类型

　　优点

　　缺点

　　螺杆式空压机

　　压力/流量可以灵活调整、启停方便、安装简单

　　噪声大、体积大、质量重和价格高

　　涡旋式空压机

　　容积效率较高，且压力与气量连续可调，在宽的工况下都能达到较高的效率

　　尺寸和重量较大

　　离心式空压机

　　价格相对便宜，响应较快，寿命长

　　在偏离设计工况情况下性能下降严重

　　电磁式空压机

　　质量和体积功率密度高，噪音极小

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　　资料来源：国金证券研究所、香橙会研究院整理

　　一位侵淫该行业二十余年的行业专家曾对香橙会研究院说，目前产品差异主要体现在多学科的技术储备和工艺的缺失，目前国内的绝大多数应用在汽车上的空压机解决了“有和没有”的问题，但是让产品更加适用于燃料电池端则存在较大的问题。

　　做个类比，做了很多年的一个吹风机，国产的吹风机可以使用，但是与进口的用户体验上存在巨大差距。

　　
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　　国内外燃料电池空压机市场几个重要方向

　　在2015年左右，无油润滑双涡圈涡旋式空压机是主要的技术方向，日本丰田(Toyota)、美国UTC等多家公司应用于燃料电池上。美国DOE和Author D.Little公司合作完成包括28kW和50kW的两代涡旋式空压机的设计和制造。Author D.Little提供给DOE的这种空压机能够满足最高功率输出要求，但是空压机耗功较大的问题一直难以得到解决，同时体积和质量较大。

　　图3 涡旋式压缩机

　　而包括GM、PlugPower、德国Xcellsis、加拿大Ballard等公司的燃料电池中都采用了螺杆式压缩机。这种空压机，利用螺杆之间形成的空气槽来压缩空气。

　　图4 螺杆式压缩机

　　资料来源：雪人公司网站

　　另一种是罗茨式空压机，比较知名的就是美国伊顿与DOE共同研发的P级及R级产品，驱动主要来源于电机和膨胀机。这种空压机曾被空压机行业的人士认为是利用纯机械压缩原理将空气压缩做到极致的产品，低转速提供较高的空气输入和高压缩比。

　　此外，有消息表明，在丰田株式会社的下属企业中有向丰田提供罗茨发动机的企业。罗茨空压机结构紧凑，在使用过程中虽然解决了小型化的问题，但是据有乘坐的人员描述，罗茨空压机并不能将噪音问题进行理想化的处理，而与电磁空压机的对比中，考虑到罗茨的成本，就显得该产品有些高不成低不就的感觉。

　　图5 罗茨式压缩机

　　这些利用机械轴承的空压机因为其物理设计，普遍存在质量较大和噪音偏大的情况，目前在韩国、美国、日本本田等都普遍认为离心式压缩机为未来主流方向，这是一种无油、叶片高速空压机，其结构紧密，对应供给功率变化的响应快，寿命长，效率高，目前技术路线中采取水润滑方式居多，如同济大学的样机。但还有一些企业开始向空气悬浮轴承技术进行了验证和样机发布，空气悬浮轴承能有效降低机械摩擦，利用电磁力学技术完成无摩擦的高速转动。

　　图6 同济大学开发的离心式压缩机样机

　　其中，这种利用空气悬浮轴承的设备不仅仅涉及了电磁力学、电磁场、系统控制、气体动力学、气体流场的技术，还涉及了包括工程热力学、传热传质、静力学、电磁电势耦合、振动力学等等共计十几个专业的复杂工艺。这些学科缺一不可，即使产生过多的热量就是在汽车应用上无法接受的。

　　目目前国际研发，霍尼韦尔一枝独秀。

　　除了宝马、现代等公司，香橙会研究院获得的信息显示，此前使用涡旋和罗茨空压机的日本丰田公司，也在做其他类型空压机的测试。

　　此外在燃料电池领域，空压机应用还涉及到一些涡轮增压技术，即通过一级（二级）离心压缩后再通过将空压机空气悬浮轴承涡轮机进行同轴连接，实现增压效果，但目前据香橙会研究院了解，该产品难度极大，目前霍尼韦尔的产品已做样机推广。

　　这大概是目前燃料电池的几主要方向，从目前市场情况来说，有抱负的主机厂面临的最大的问题就是降成本的问题，考虑开发成本、市场规模和管理等综合因素，离心压缩机的成本最高，但是由于其结构紧密的特性，体量最小，物理结构决定，在未来大批量条件下，其成本下降空间最大。以目前应用较多的三类型空压机为例：

　　燃料电池类型

　　小批量价格

　　大批量价格

　　螺旋空压机

　　3-5万元

　　不低于一万元

　　螺杆空压机

　　样机价格（15万元+）

　　2-3万元（一万台规模）

　　1万元（十万台规模）

　　离心式压缩机（空气悬浮）

　　15万+元（国产样机）

　　30万元以上（进口样机）

　　1万元（国产五万台规模）

　　资料来源：香橙会研究院整理

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　　9家公司脱颖而出

　　目前国内一些传统领域的空压机厂，由于自身有技术储备，在燃料电池蓄势待发的过程中，已经开始了对空压机的研发和样机测试。还有一部分企业长期从事气体压缩领域的工作，通过人才引进及其他方式也制造了属于自己的空压机，主要情况如下表所示：

　　公司名称

　　情况

　　国家电力投资集团有限公司

　　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，其中就包括空压机，据其表述，该集团已经实现燃料电池全产业链完全自主化。

　　潍坊富源增压器有限公司

　　2019年1月，中科合创（北京）科技成果评价中心组织专家对潍坊富源增压器有限公司完成的“燃料电池用空气悬浮离心压缩机项目”进行了科技成果评价。

　　福建雪人股份有限公司

　　2015年收购了压缩机全球知名企业SRM和OPCON，2016年之前，OPCON供应量全球燃料电池空压机领域领先。主要设计制造了进气量5-20公斤进气量的螺杆空压机。

　　2018年销售量在20台以上，预计19年能实现超过500台。

　　江苏金通灵氢能机械科技有限公司

　　公司全资子公司江苏金通灵氢能机械科技有限公司与江苏如皋经开区签订《氢能源产业投资项目合作框架性协议书》，金通灵氢能机械将规划总投资4.5亿元，其中包含有在如皋经开区氢能产业园区投建“燃料电池空气压缩机和氢能备用电源的研发制造”。

　　嘉兴德燃动力系统公司

　　公司2018年，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。

　　北京伯肯节能科技股份有限公司

　　公司2018年展出自主研发的世界一流的高效无油空气悬浮离心空压机产品。目前正在自测，2019年有望正式供货，这一产品为一级离心增压和永磁电机直联，采用空气箔片轴承，压比超过2，稳定转速每分钟8万转（2018年数据）以上，效率可达70%以上，有明显产品性能优势。

　　广东广顺新能源动力科技有限公司

　　广顺新能源于2010年成立。成立至今，在上汽集团、新源动力、同济大学、清华大学等支持下已完成了第一、二代产品的开发，现已开始第三代产品的研发。其中，公司第二代产品曾与上汽荣威750及950燃料电池车配套。产品压比≥2。

　　毅合捷汽车科技股份有限公司

　　毅合捷是一家专业研发和制造涡轮增压器的国际企业，产品应用于内燃机，混合动力, 燃料电池动力和通用航空发动机等。销售覆盖世界5大洲100多个国家和地区，旗下自主品牌“JRONE”畅销全球，是全球涡轮增压器领导品牌之一。

　　势加透博

　　突破了高效低 比转速压气机、动压气浮轴承、高速电机控制等核心关键技术，成功研发了XT-FCC系列气悬浮空压机，覆盖30kW~110kW燃料电池系统需求。

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　　总结：谁掌握了离心压缩机技术，谁就掌握了未来

　　目前来看，从现阶段的空压机技术路线来说，百家争鸣，未来使用离心式压缩机是主流意见，但是最终大规模产业化来临之前，有没有一些技术的革新带来如螺杆、螺旋压缩机的静音的革命或者材料学的创新带来轻量化革命也不好说。

　　“燃料电池的发展中，目前依赖进口核心部件中，空压机率先进行国产化的可能性很大，但是空压机的性能从无到有过程转向从有到优过程是有难度的，高性能的高速离心压缩机必须正向开发，反向开发的产品在后期应用中适应各种路况的调试或者改型将更难。”一位不愿具名的技术人员向香橙会研究院表示。

　　“谁掌握了离心压缩机的核心技术，特别是空气悬浮轴承的空压机技术，谁将掌握中国乃至全球未来高压氢燃料电池高端车型，这是乘用车的核心命脉之一”。上叙人士续道。

　　说明：本文参考了部分香橙会研究院《氢能和燃料电池产业链分析报告（2018年》。欲了解更多，点击下图。

　　 戳研报目录，了解报告内容。

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