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海德韋爾俞宇楓:2023年將成為膨脹機應用元年

2022-12-06 來源:高工氫電 瀏覽數:218

“燃料電池系統效率隨著額定功率的提升而上升的理想很豐滿,但現實是骨感的,當功率提高時,空壓機的功耗上升,系統的效率是下降的,膨脹機作為空壓機可以把理想變成現實。” 海德韋爾總經理俞宇楓博士在2022高工氫電年會系統與零部件專場發表的“可變截面渦輪技術賦能燃料電池用戶”演講中表示。

 “燃料電池系統效率隨著額定功率的提升而上升的理想很豐滿,但現實是骨感的,當功率提高時,空壓機的功耗上升,系統的效率是下降的,膨脹機作為空壓機可以把理想變成現實。” 海德韋爾總經理俞宇楓博士在2022高工氫電年會系統與零部件專場發表的“可變截面渦輪技術賦能燃料電池用戶”演講中表示。

 

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他認為膨脹機應用將快速地增長,尤其在150kW以上的系統應用上,2023年會成為膨脹機應用的元年,2025年-2026年膨脹機裝機量會超過兩級壓縮。海德韋爾擁有強大的正向開發應用的經驗與能力,已經推出了多款自主開發的VSEC、T-Booster膨脹機系列產品,引領空壓機領域的技術變革。

 

膨脹機路線由市場價值驅動


燃料電池向大功率發展的掣肘之一就是BOP的匹配問題,在空壓機方面,當前選用兩級壓縮離心式空壓機技術作為大功率適配的主流路線。

 

但如果繼續采用該路線,空壓機需要滿足的空氣流量和壓縮比都要大幅度提高,空壓機所消耗的電源功耗(寄生功耗)要從現在的15%-20%增大5%以上,這就意味著氫燃料電池空壓機的效率要降低5%以上。

 

因此尋找開發更大功率級別的空壓機技術路線和產品,以滿足系統功率增大的需求,以及更低的寄生功耗,成為目前燃料電池空壓機企業的共同發展主題。

 

“膨脹機(帶能量回收的)空壓機可以使理想變為現實,利用渦輪膨脹做功的原理,把電堆排氣中的一部分能量加以回收利用,從而降低空壓機對于電源功率的需求。” 俞宇楓博士指出。

 

膨脹機的另一個利器是可變截面,使用VGT(Variable Geometry Turbocharger,可變截面渦輪增壓系統)可變截面調節,可以顯著增加膨脹機的map覆蓋。

 

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固定截面時,膨脹比不變流量增加,空壓機運營偏離最佳運營點,無法回收能量導致寄生功耗增加;而使用VGT調節開度,拓寬了流量適配范圍,對不同的堆和需求都可以得到很好的應用。

 

這種膨脹機路線對燃料電池系統及整車的經濟意義也非比尋常,據俞宇楓博士測算:如果在150kW的系統里,實際電堆要180kW,因為有寄生功耗,其中空壓機要占據80%的能量消耗,約為24kW,如果使用膨脹機產品進行能量回收,空壓機效率可提高33%,空壓機本身的功耗降到8kW,150kW的系統就可以少加幾十片的堆片,按5000/kW計算,可以節省4萬元,遠遠覆蓋超過了空壓機本身的成本。

 

對整車用戶來說,以37T 重卡為例,配備300 kW電堆,使用膨脹機的系統效率可提高 7%,氫耗 11公斤/100公里,按照氫氣價格 35元/公斤測算,節省的氫耗能為終端客戶省約27萬元。

 

“在汽車行業里,使汽車的發動機省0.1%或者以下的功耗,就可以占領市場了,我們現在能省5%、6%,這個效益還是非常明顯的。” 俞宇楓博士表示。

 

海德韋爾,膨脹機技術領跑者


膨脹機的研發是一個系統工程,需要有正向開發,應用的經驗與能力,海德韋爾無疑是膨脹機路線的領跑者。

 

海德韋爾由原世界500強高管和專家于2019年12月創辦于蘇州太倉,專門從事汽車用氫燃料電池空壓機的研發、生產和銷售。創始人顧茸蕾博士已深耕汽車核心零部件領域三十余年,是資深的空氣動力學專家,曾在世界500強公司領導中國、印度和捷克研發中心,擁有數十項國內外專利。

 

依托豐厚的經驗,公司在成立之初便擁有了開發氫燃料電池空壓機的所有核心技術,采用車規級開發流程和質量標準,建立了供應商管理和內部生產體系。目前已經開發出4個系列11個平臺的產品,覆蓋幾乎所有商用車和乘用車燃料電池系統的要求。

 

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其膨脹機路線已經發展出可變渦輪單級壓縮空壓機VSEC、可變渦輪多級壓縮空壓機T-Booster系列兩大系列產品。

 

VSEC系列產品在保持離心空壓機高性能的基礎上,增加了帶可變幾何截面的膨脹機系統,回收效率可達30%以上,特別適合超大功率氫燃料電池系統。

 

T-Booster系列則是把HEC產品和VSEC產品串聯在一起,通過系統匹配使HEC和VSEC產品都工作在合理的轉速范圍之內,實現雙驅能量回收三級壓縮,可降低空壓機功耗35%以上,實現空壓機系統效率超過100%。

 

“根據我們VSEC15在客戶120kW系統的實測數據顯示,本來30kW左右的電耗,實際就20幾kW的能耗,就有8kW的能耗省下來,240kW能省13千瓦,效果相當可觀。”俞宇楓博士表示。

 

基于產品實測數據和與客戶的交流,海德韋爾認為未來膨脹機路線將占據市場主流,膨脹機項目快速地增長,尤其在150kW以上的系統應用上,預計2023年會成為膨脹機應用的元年,2025年-2026年膨脹機裝機量會超過兩級壓縮。

 

憑借強大的開發經驗和能力,海德韋爾將持續專注膨脹機性能和可靠性提升,引領行業膨脹機技術路線的發展壯大。

 

 

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