氢能赛道百花齐放，燃料电池空压机市场亦将迎接春天？
随着能源匮乏和环境破坏问题的日益凸显，氢能将成为能源问题的讨论热点。根据预测，2030年中国氢气需求量3715万吨，在终端能源消费中占比约为5%；2060年13030万吨，在终端能源消费中占比约为22%。国际能源署预测，到2070年全球对氢气的需求将达到5.2亿吨。世界能源理事会预计，到2050年氢能在全球终端能源消费量占比25%。
图 2014-2021全球主要国家氢车销量。
图源未来智库2021年，全球主要国家共销售氢车16313台，同比增长68%，韩国占据总销量的52%。受强势补贴政策驱动，韩国市场延续了2020年的增长势头，全年共售出8498台氢车，约占全球总销量的一半。美国全年氢车销量为3341台，较 2020 年激增 2.5 倍，主要原因是 2020年疫情导致销量基数过低；日本全年共售出氢车2464台，同比增长67%，主要受益于2020年底新一代丰田Mirai的上市。德国共售出氢车424台，同比增长38%。中国全年氢车销量为1586台，同比增长35%。全球主要国家氢车保有量为49562台，同比增长49%。
随着能源匮乏和环境破坏问题的日益凸显，燃料电池技术越来越受到人们的关注。燃料电池是一种将氢和氧的化学能通过电极反应直接转换为电能的装置，其化学反应产物主要是水，实现真正的零污染。同时，由于不受卡诺循环的限制，能量转换效率可达到60%~80%。燃料电池具备高效率、无污染、使用性广、低噪音等特点，被认为是未来最有可能替代传统内燃机的汽车动力源。
在氢燃料电池行业的关注度上涨的同时，空压机市场也逐渐火热。燃料电池车用空气压缩机可以为燃料电池的阴极反应提供高压空气，其性能好坏直接影响燃料电池系统的性能。空气压缩机是车用燃料电池阴极供气系统的重要部件，通过对进堆空气进行增压，可以提高燃料电池的功率密度和效率，减小燃料电池系统的尺寸。但空压机的寄生功耗很大，约占燃料电池辅助功耗的80%，其性能直接影响燃料电池系统的效率、紧凑性和水平衡特性。因此，各国的燃料电池项目对空压机的研究都非常的重视。
燃料电池用空气压缩机：空气循环系统的关键部件
典型的燃料电池空气供应系统由空气过滤器、空压机、电机、中冷器、增湿器和膨胀机等组成。其中，空压机由电机和膨胀机共同驱动。根据电堆的输出功率，为燃料电池提供所需压力和流量的干净空气。在空气供应系统中，空气的压力和流量对燃料电池系统的性能(能量密度、系统效率、水平衡和热损失)，成本和电堆的尺寸等有很大的影响。高压燃料电池系统不仅能提高电堆的效率和功率密度，同时还能够改善系统的水平衡。
为实现较高的能量转换效率，燃料电池内部的化学反应对空气的温度、湿度压力和流量等参数有着严格的要求。但目前广泛应用的工业压缩机无法满足燃料电池对空气的要求。因此设计一个性能优越并能很好地与燃料电池系统进行匹配的压缩机，对于燃料电池的发展至关重要。
适用于燃料电池的空压机需要满足以下六项要求：
无油。润滑油会使电堆发生中毒，因此空压机需要采用水润滑轴承或空气轴承；
高效。空压机的寄生功率巨大，其效率直接影响着燃料电池系统的性能；
小型化和低成本。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；
低噪声。空压机是燃料电池系统最大的噪声源之一，空压机的噪声必须被控制；
喘振线在小流量区。可以实现燃料电池在小流量高压比工况下高效地行；
良好的动态响应能力。当需求功率发生变化时，空气流量和压力需进行无延迟地进行调整，以跟踪输出功率的变化。
空气压缩机市场发展：国内持续升温，离心式空压机成为主流选择
空气压缩机可以有效提高发电效率降低燃料成本。燃料电池系统用空压机主要有离心式、罗茨式、螺杆式三种类型。根据《车用燃料电池专用空压机的现状分析》，螺杆式空压机的优点是压力/流量可以灵活调整、启停方便、安装简单，缺点是噪声大、体积大、质量重和价格高，已在美国GM、Plug Power、加拿大Ballard 等公司的燃料电池系统中采用。涡轮式空压机容积效率较高，压力与气量连续可调，但尺寸和重量较大，本田和现代等公司已定制开发了空气轴承的涡轮式空压机。目前，国内已经完成30kW级实车验证，国际一流水平已经完成100kW级实车验证。
我国的空气压缩机行业的市场增长迅速。根据前瞻研究院2015年数据，空压机市场规模均为8%以上的增速增长，2010-2011年增长率甚至超过了28%，市场规模扩张迅速。根据高工产研氢电研究所（GGII）2021年8月调研数据，2018-2020年氢燃料电池空压机出货量分别为1800台、3790台、4068台，2021年上半年出货量超2000台。
从国内空气压缩机行业销售额来看，空气压缩机市场规模将突破600亿元。根据公开资料统计，2015年我国空气压缩机行业收入规模为462.66亿元，2020年市场销售额达到583.36亿元行业整体呈现上升态势，平均增速为4%左右。相关机构预测，2021年空压机市场规模可以达到605.54亿元。
2022冬奥会带动氢能热潮，随着氢能市场持续升温与政策支持，预计空气压缩机市场规模会持续增长。
当前，国内离心式空压机成为主流选择。根据公开资料数据，国内离心式空压机份额由29%增长到95%，市场占比增长超3倍。在此趋势下，空压机市场主要以离心式空压机为主，尤其是顺应氢燃料电池大功率发展趋势的双极增压离心式空压机。从技术层面分析，由于离心式空压机在效率、噪音、体积、无油、功率密度等方面具有良好的综合效果，故随燃料电池系统功率的快速上升，离心式空压机已逐渐成为市场上的主流选择。在空气压缩机的关键部件中，轴承、电机是瓶颈技术，低成本、耐摩擦的涂层材料也是开发重点。
燃料电池空压机市场竞争：头把交椅将花落谁家？
在车用燃料电池的发展过程中，针对空气压缩机的设计和优化在持续地进行着。
如今，空压机市场需求量逐年提升，介入企业越来越多，同时空压机技术路线变迁较快，头部企业市场座次时常变更，头把交椅花落谁家仍是未知数。
1、国家电力投资集团有限公司
国家电力投资集团有限公司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。
2、福建雪人股份有限公司
福建雪人股份有限公司长期从事空压机研发制造及燃料电池相关产品的研发，在氢燃料电池核心零部件（空压机、氢气循环泵）及液氢、加氢设备方面进行技术积累以及技术布局。目前已有氢燃料电池系统、氢燃料电池空压机、氢气循环泵、氢气压缩与氢气液化等产品，并获得IATF16949质量体系认证（汽车行业技术质量管理标准）。
3、嘉兴德燃动力系统有限公司
嘉兴德燃动力系统有限公司是一家中德合资企业，拥有氢燃料电池发动机及关键零部件的生产基地、实验与试制中心。该公司定位于燃料电池汽车、工程及特种车辆动力系统，氢储能系统领域。该公司生产的空压机结构形式为离心式、双极。
2018年8月，德燃动力在浙江嘉兴总部首次发布了其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。此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。
4、石家庄金士顿轴承科技有限公司
石家庄金士顿轴承科技有限公司（以下简称“金士顿”）成立于2007年，是国内首家空气悬浮离心鼓风机、燃料电池无油离心空压机自主化、系列化生产的企业。公司分别在辛集、石家庄、天津等地确立了燃料电池无油离心空压机、空气动压轴承、高速电机和高频控制器的高质创新平台和产业基地。
5、江苏金通灵氢能机械科技有限公司
金通灵科技集团股份有限公司（以下简称“金通灵”）成立于1993年，是一家集研发、制造于一体的技术密集型现代化高端装备制造服务型企业，国内流体制造龙头公司。江苏金通灵氢能机械科技有限公司为其全资子公司，2018年成立，以独立事业部的形式切入氢能板块的发展。
金通灵是卓越的风机和压缩机制造商，拥有丰富的涡轮机械制造经验，随着国外尖端氢能技术的引进，公司将不断开发、消化、吸收国外氢燃料电池压缩机核心技术，突破高效率三元流叶轮、空气轴承、高速电机、高速变频控制器等关键技术，解决离心式氢燃料电池压缩机设计制造难题，掌握气动与热力计算、转子系统稳定性及强度计算、空气轴承结构设计、高速电机设计、高速变频控制系统等技术难题，实现氢燃料电池压缩机产品的国产化。
据金通灵介绍，截止2021年5月，公司已完成氢燃料电池压缩机和气体轴承详细设计，并且进入零部件生产阶段；变频器的初步设计已经完成，下一步进行详细设计。
6、势加透博洁净动力如皋有限公司
势加透博洁净动力如皋有限公司（简称“势加透博如皋”）成立于2018年11月，是势加透博（北京）科技有限公司全资子公司。势加透博如皋主要从事高速无油叶轮机械的研发、生产、贩卖、服务，是势加透博无油空压机创新产品研发和产业化基地，在氢燃料电池空压机平台处于市场领先地位。
7、烟台东德实业有限公司
烟台东德实业有限公司（“以下简称东德实业”）成立于2017年，是冰轮集团旗下冰轮海卓氢能技术研究院的孵化公司，产品是与冰轮集团压缩机产品在“工艺上相近”的氢气循环泵与空压机。东德实业新推出DK系列高速离心空压机。该产品是东德实业基于2020年氢燃料电池向重卡平台发展、系统功率需求提升而研发推出的新品，当前可提供两种型号：DK800和DK1000。DK800适配70-120kW系统；DK1000适配110-150kW系统。
8、上海华熵能源科技有限公司
成立于2018年的上海华熵能源科技有限公司（以下简称“上海华熵”）是国内较早涉足并实现氢燃料电池零部件标准化的供应商，专一于氢燃料电池辅助系统（BOP系统）零部件的研发与生产，主要产品包括DC/DC、空压机等。
近期上海华熵对外展示了全新的离心式空压机产品，采用动压空气轴承，完全无油，军工技术转化，可以满足80~150kW燃料电池系统的需求，已实现各类性能测试，产品性能稳定可靠，已实现小批量产；可实现整套空压机系统售价2万元/套以下。产业化批量使用后，空压机系统售价可控制在1.5万元/套以下，可以做到离心式空压机行业里非常低价供货，将对氢燃料电池空压机国产化替代及提质降本，起到非常重大的影响和引领作用。
9、北京稳力科技有限公司
北京稳力科技有限公司（以下简称“稳力科技”）成立于2014年，是国家高企认定，中关村高企认定，也是努力于气动轴承商业化使用，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、生产和贩卖的高科技企业。
在产品布局方面，稳力科技团队已实现几十款燃料电池无油离心空压机和工业平台空压机产品开发，其中4款燃料电池空压机和2款工业空压机已达批量制造阶段。经国内龙头燃料电池系统企业测试验证，稳力科技燃料电池无油离心空压机产品在噪音及可靠性方面优于国外主流产品。当前公司在燃料电池汽车和工业平台的无油离心空压机在手订单超1000台。
10、上海优社动力科技有限公司
2015年上海优社动力科技有限公司开始超高速无接触气浮轴承和磁浮轴承的设计研发、高效多工况气动设计开发、高速永磁同步电机开发使用，以及离心压缩机及燃料电池空压机的研发制造。经过多年的技术沉淀，上海优社动力科技有限公司成功将其相关技术实现产业化。公司现有量产产品主要有高速直驱离心风机、高速直驱离心压缩机、燃料电池空压机等多系列产品，同时公司还在进行一系列前沿产品的预研和开发。
11、杰锋汽车动力系统股份有限公司
杰锋汽车动力系统股份有限公司 作为传统汽车零部件，各种产品年产、销量超过300万套，在产品历程管控及产品质量控制方面有自己优势。公司行使自己在传统汽车平台的技术优势，提前布局氢燃料电池平台的核心技术和核心零部件研发，自主开发了燃料电池空压机、尾排消声器、氢气循环泵、密封阀等氢燃料电池类产品。杰锋公司的重心围绕产品开发，努力于为客户提供质优价廉的产品。
12、无锡贝斯特精机股份有限公司
2022年2月18日，无锡贝斯特精机股份有限公司（以下简称“贝斯特”）在投资者关系活动记录表中表示，其氢燃料压缩机部件供货博世、海德韦尔等国内外优质企业。
贝斯特成立于1997年，资产规模超28亿元。公司专注于精密零部件和智能装备及工装产品的研发、生产及销售，主要产品包括汽车零部件、飞机机舱零部件、智能装备及工装、其他零部件四大类。
目前贝特斯已成为世界著名涡轮增压器和汽车发动机相关制造企业盖瑞特、康明斯、博马科技的全球供应商，博格华纳、皮尔博格、长春富奥石川岛、上海菱重、三菱重工、宁波丰沃的国内供应商。
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审核：李虹 编辑：戴欣馨联系邮箱：daixinxin@acmi.org.cn
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