NIE 2023丨海德韦尔顾茸蕾：高效涡轮机械助力氢燃料电池汽车

  9月28日，弗若斯特沙利文（Frost & Sullivan，简称：沙利文）第二届新投资博览会暨第十七届沙利文全球增长、科创与领导力峰会（简称“沙利文新投资大会”）新能源双碳分论坛在上海浦东香格里拉大酒店隆重举办。

  本次论坛以“新能源双碳投融资新趋势”为主题，邀请到11位重磅嘉宾及行业专家，并聚集了众多新能源双碳企业、投资机构及专业服务机构一起，共同聚焦新能源双碳投融资新趋势，发掘新能源双碳前瞻性的投资机会，探讨在长期资金市场的成功路径。

  在本次论坛上，海德韦尔(太仓)能源科技有限公司董事长顾茸蕾博士分享了《高效涡轮机械助力氢燃料电池汽车》的主题演讲。

  该演讲主要围绕氢能发展市场背景、氢燃料电池汽车发展现状、高效涡轮机械概览三个部分展开。

  顾茸蕾博士介绍，在降碳成为全世界共识的大背景下，全世界主要国家尤其是美国、日本、韩国和欧洲都已制定明确的氢能发展目标。对于中国来说，运用氢能改善能源结构具有提高能源安全的战略性目的。

  目前氢燃料电池汽车处于起步阶段，保有量较少，去年中国氢燃料电池汽车保有量刚超过1万辆，目前制定的目标为2025年保有量达到5万辆，2030年保有量达到100万辆。根据目前氢燃料电池汽车发展的趋势，2025年的保有量目标非常有可能实现。为了推动氢燃料电池汽车的发展，各地已成立了示范城市群，推出一系列的扶持政策。

  顾茸蕾博士表示，氢燃料电池汽车的基本架构和目前的电动车一致，核心在于电池、电机和电控三大方面。而在技术层面，电动车上增加不同的组件形成不同的动力总成。例如电动车加入电堆和高压氢气瓶后，形成氢燃料电池汽车。电动车在利用外部充电的同时，加入原来的发动机并在不同的工况之间进行切换，则形成了插电式混动汽车。

  氢燃料电池汽车目前最大的变化为重卡的应用占据较大比重。2018至2019年氢燃料电池汽车应用的初期是针对于城市内的公交、物流车的示范应用。近几年随着实际推广发展和技术水平的不断的提高，在长距离、载重量大、续航里程长的干线物流重卡或矿卡等应用场景，具有较大功率密度的氢燃料电池汽车优势逐渐凸显。依照国家工信部制定的技术路线图，商用车氢燃料电池汽车在未来将具备更大功率，更高效率，更长寿命和更低成本。

  此外，顾茸蕾博士简要介绍了氢燃料电池系统的细分部件。除电堆以外，氢燃料电池系统具有氢气供给系统来供给氢气，它最重要的包含氢气循环泵、控制阀等实现氢气用量的精准控制。而氧气的供给需要通过压缩空气将其输入到电堆中，和氢气进行电化学反应。在该反应过程中会产生大量的热量，因此热管理系统也至关重要。控制管理系统则用来控制氢气和氧气的用量以保证有效的反应和电池系统的常规使用的寿命及可靠性。空气过滤器的作用是保证空气在进入电堆前的纯度和干净度。空气压缩器提高空气密度来保证氧气和氢气充分发生反应。

  顾茸蕾博士首先介绍了燃料电池系统效率和空压机功耗之间的矛盾性，随着燃料电池系统功率的提高，空压机需要的空气流量压比会更高，空压机本身的消耗功率也会越大。因此，电堆产生的能量绝大部分会被空压机所消耗，以此来降低燃料电池系统的效率。

  在燃料电池汽车上，由于电堆出口中还有大部分的能量以压力或者温度的形式存在，通过涡轮膨胀机做功，可以将该部分能量进行回收，来压缩和输送空气，以此降低电机驱动的需求和提升整个燃料电池系统的效率。通过海德韦尔在客户端的测试，该方式能提高至少30%空压机的功率，将更多的功率用于驱动车轮，来提升燃料电池汽车的价值。顾茸蕾博士表示，对于一辆49吨的重卡，在几年的行驶里程中，借助高效涡轮机械能够在一定程度上帮助降低超过30万的运行成本。

  此外，海德韦尔也运用到了其他先进的技术来提升效率。例如空气悬浮轴承取代传统油润滑轴承，依靠转子非常快速地旋转，在转轴与轴承箔片之间形成压缩气膜支撑，实现零摩擦损失，进一步提升运行效率。从去年开始，海德韦尔就已和国内主要系统厂商进行合作，最快今年就会进行多次试验并在未来实现最终应用。

  最后，顾茸蕾博士总结，碳中和已成为全世界目标，氢燃料电池汽车在2025至2026年会进入加快速度进行发展通道，随着大功率发动机的应用，高效涡轮机械将成为主要技术路线以提高系统整体效率。

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