白城市燃料电池氢气循环泵生产项目

  ）是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料和空气分别送进燃料电池，电就被奇妙地产出。它从外表上看有正负极和电解质等，像一个蓄电池，但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。

  氢气循环泵是燃料电池发动机供氢系统核心部件之一，最大的作用是实现燃料电池堆内氢气的循环利用，并促进燃料电池堆内部水平衡。氢气循环泵性能的好坏对燃料电池发动机的性能输出有着重要的影响。

  气循环泵的作用包括两大块：一是向燃料电池电堆供应氢气，此类氢气要求纯度高、流量稳定、拥有很多压力，以保证燃料电池电堆中，有足够的氢气与氧气稳定发生反应产生电能；二是由于燃料电池运行时需要通入大量氢气，其中较多氢气未参与反应，氢气循环泵对这类氢气进行回收再利用，提升燃料电池经济效益。

  氢燃料电池指的是氢通过与氧的化学反应而产生电能的装置。氢燃料电池对环境无污染，作为真正意义上“零排放”的清洁能源，氢燃料电池在发达国家的应用正在提速。除纯电动、混合动力外，氢燃料电池汽车也是氢能未来发展的一个重要技术路线。中国氢燃料电池产业受到政策支持，当前各地都在出台氢燃料电池配套政策，发展势头很好。

  2020年中国氢燃料电池产业市场规模为30亿元，同比下降40%，市场还需时间恢复。随着加氢站不断建成、氢燃料电池产业趋于完善、氢燃料电池系统成本下降，未来氢燃料电池市场规模将继续增长，多个方面数据显示：近两年有所好转，2022市场规模达到160亿元，2023年约达230亿元。

  为了提高燃料电池的反应效率，减少燃料电池在加速时的反应时间，一般，燃料电池的氢气供给量大于氢气的理论消耗量。如果不做氢气循环，将这些过量供应的氢气直接随尾气排放，会造成氢气的大量浪费。

  以燃料电池系统的某一运行工况为例，在一个循环测试工况下，燃料电池堆侧的理论氢气消耗量为2.35kg，而其实际消耗量为3.84kg，也就是说，有1.52kg（占实际消耗量的39.3%）的氢气没有被利用。因此，为提高氢气利用率，提高氢燃料的经济性，做氢气循环很有必要。

  燃料电池的氢气供给量大于氢气的理论消耗量。如果不做氢气循环，将这些过量供应的氢气直接随尾气排放，会造成氢气的大量浪费。而比氢气浪费更让人关注的是氢气的排放安全，如果不做氢气循环，那么大量未反应的氢气直接经尾排口排放至大气会造成极大的高浓度排氢隐患。

  将燃料电池堆内部由于电化学反应生成的水循环至氢气入口，起到给进气加湿的作用，改善燃料电池堆内的湿润水平，提高了水管理能力，进而提升燃料电池堆的输出特性。

  氢气循环泵将燃料电池堆电化学反应生成的部分水与外界氢气进气相混合，进而起到进气增湿的作用，帮助燃料电池堆实现“自增湿”，由此慢慢的变多的系统厂商逐渐取消了增湿器这一部件，有助于精简燃料电池的系统结构，使燃料电池系统的体积更小。

  由于氢气循环泵的适用介质是氢气，所以氢气循环泵的密封性要求非常苛刻，经过燃料电池堆反应后剩余的氢气带有大量水蒸气甚至是液态水，因此对氢气循环泵的叶轮制造工艺提出了更加严格的要求。同时，针对氢气循环泵在燃料电池发动机中的使用环境，氢气循环泵还一定要有流量大、压力输出稳定、无油等特点，技术难度相较于传统气体循环泵要高得多。

  在企业生产技术路线方面，氢气循环泵的主要开发技术体现在密封性、振动噪声和低温冷启动3个方面，每一种技术路线都有其优缺点，不同企业依据自身优势研发出不一样的氢气循环泵，并取得了较好的效果。

  氢气循环泵模式的典型应用代表为丰田汽车公司，其在Mirai燃料电池乘用车上应用的两叶罗茨式氢气循环泵技术已开发到第三代。但是，氢气循环泵也面临着结构较为复杂、成本比较高、体积大、功耗大、噪声较大及环境适应性等问题，这些都制约着氢气循环泵在燃料电池发动机上的集成与应用。

  数据显示：2021年，国产氢气循环泵在国内市场中的份额占比已达到85%以上。我国政府大力推动燃料电池产业链上下游实现自主化生产，这吸引了我国进入氢气循环泵行业布局的公司数不断增多。2021年，在我国氢气循环系统市场中，氢气循环泵份额占比达到93%左右，其出货量达到1.1万台以上。预计到2024年，氢气循环泵份额占比达到95%以上。随着燃料电池产业的发展，氢气循环泵的市场规模和需求也在逐步扩大，项目拥有非常良好的市场前景。

  由于氢气循环泵的适用介质是氢气，所以氢气循环泵的密封性要求非常苛刻，经过燃料电池堆反应后剩余的氢气带有大量水蒸气甚至是液态水，因此对氢气循环泵的叶轮制造工艺提出了更加严格的要求。同时，针对氢气循环泵在燃料电池发动机中的使用环境，氢气循环泵还一定要有流量大、压力输出稳定、无油等特点，技术难度相较于传统气体循环泵要高得多。氢气循环泵类型如图2所示。

  罗茨式氢气循环泵依据罗茨原理运行，两个螺旋转子平行安装在壳体内，这些三叶或者两叶转子沿相反方向运转，通过凸轮转子的旋转运动吸入气体介质，并对其进行压缩再将其输送至出口。凸轮转子既不相互接触，也不与外壳接触，因此泵体内无须添加润滑油。罗茨式氢气循环泵具有较好的密封性、振动小、启动速度快，但噪声较大，目前是业内主流的研究方向，如丰田公司、东德实业等公司都在进行研发生产。

  爪式氢气循环泵内配备两个爪形转子，这两个爪形转子安装在泵腔内进行反向运转，通过旋转可以抽取、压缩和排出气体介质。爪形转子既不相互接触，也不与外壳接触。转子和腔体外壳之间的空隙极小，从而优化内部密封性，因此压缩腔室内无须添加任何润滑油。爪式氢气循环泵工作平稳，且对复杂工况适应能力强。德国普旭公司是生产爪式氢气循环泵的代表，国内跟随普旭爪式路线的公司有北京艾尔航空科技有限责任公司等。

  涡旋式氢气循环泵由一个固定涡旋和一个动涡旋构成，动涡旋在固定涡旋中转动。当动涡旋运动时，氢泵入口处会形成真空。因此气体介质不断地从外部通过两个涡漩体之间的空间传送，最后，它将在两个旋盘中间的排放口排出。涡旋式氢气循环泵体积小、气密性良好、转速控制稳定，但效率较低。目前思科涡旋公司依据自己企业特点主要在研发涡旋式氢气循环泵。

  叶片式氢气循环泵是由泵内旋转的叶轮进行气体输送，目前国内市场较为少见。叶片式氢气循环泵将电机转子沉浸在冷却水中，取消传统的齿轮结构，不需要润滑油，从根本上解决了漏油的问题，避免润滑油进入电堆中对其造成损失破坏。并且在低温度的环境中容易破冰启动、散热性好以及噪声小。

  在企业生产技术路线方面，氢气循环泵的主要开发技术体现在密封性、振动噪声和低温冷启动3个方面，每一种技术路线都有其优缺点，不同企业依据自身优势研发出不一样的氢气循环泵。

  2022年《氢能产业高质量发展中长期规划（2021-2035年）》，《规划》明确了氢的能源属性，是未来国家能源体系的组成部分，充分的发挥氢能清洁低碳特点，推动交通、工业等用能终端和高耗能、高排放行业绿色低碳转型。同时，明确氢能是战略性新兴起的产业的重点方向，是构建绿色低碳产业体系、打造产业转变发展方式与经济转型的新增长点。

  吉林省人民政府印发《“一主六双”高水平质量的发展战略专项规划》，其中氢能方面指出：到“十四五”末，形成省内消纳、外送和制氢３个千万千瓦级基地，主动融入氢能走廊建设。发挥长春氢能源汽车的研发生产优势，对接白城风能、光伏发电制氢的价格上的优势，共建氢能走廊。

  吉林省很看重氢能产业规模化发展。2022年10月，吉林省人民政府办公厅发布《“氢动吉林”中长期发展规划（2021-2035年）》，计划在吉林省内打造一条完善的氢能源产业链。计划中提出把发展氢能作为推动产业转型升级、促进能源结构调整的重要引擎，加强研发技术，提升装备制造水平，贯通氢能产业链条，构建新型产业生态，抢占绿色氢能产业高质量发展新赛道制高点。

  白城市位于吉林省西北部，嫩江平原西部，科尔沁草原东部，是东北地区的几何中心，是吉林、黑龙江和内蒙古自治区三省（区）交界处和周边三百公里内一个主要的区域中心城市，也是黑龙江西南部和内蒙古东北部入关的必经之地。

  吉林白城位于吉林省西北部，拥有丰富的风力资源。白城是吉林省风电开发最早的地区，是全国首批千万千瓦风电基地、东北唯一光伏发电应用领跑基地。目前，全市风电、光伏并网装机465万千瓦，尚有3000万千瓦可再生风光资源容量可开发。

  此外，白城是全国唯一的风电本地消纳综合示范区，并正在筹建全国首批新能源微电网示范项目。白城利用国家鼓励新能源就近就地消纳的政策机遇，通过智能微电网、直购电、轻度并网型风电制氢、离网型风能（光伏）制氢，使氢气在加氢站“出口”价格控制在每公斤40元以下，与传统燃油相比，具有非常好的市场竞争力。

  占地面积10万平方米。建设氢气循环泵生产车间、测试中心，辅助车间、仓储设施、办公室、职工宿舍、配套工程等。项目投产后形成年产氢气循环系统3万台的生产能力。

  项目达产后，年出售的收益110190.3万元，利润36365.4万元，投资回收期6.5年（税后，含建设期1年），投资利润率18.2%。

  本项目将推动氢能领域的研发与标准化能力的建设，为国家低碳环保可持续发展理念的践行起到积极的推动作用。同时，该项目的建设能促进当地就业，提高白城市综合经济水平，拥有非常良好的社会效益。

  白城洮北经济开发区成立于2010年10月10日，地处吉林省、黑龙江省和内蒙古三省交汇处，位于白城市区东北部，幅员面积65.6平方公里，是洮北区委、区政府精心打造的经济发展平台，是全省最年轻的经济开发区。白城洮北经济开发区比较优势显著，得天独厚，在全省37个工业集中区综合评比中，洮北经济开发区多次被评为省级先进工业集中区。

  白城绿电产业示范园区以碳中和为主攻方向，以洮北经开区为依托，整合白城工业园区内的化工园区，打造绿色新材料、绿色冶金、绿色装备制造、绿色大数据智能管理、绿色食品及医药健康、绿色氢能、绿色化工等七大产业园区。“十四五”期末，将白城绿电产业示范园区打造成本地消纳的清洁能源装机超500万千瓦（年供电120亿度）、固定资产投资完成200亿元、产出规模达到200亿元的国家级碳中和示范园区，成为吉林省西部地区生态经济高水平质量的发展新引擎。