氢用阀门主要应用于三类场景:车载储&供氢系统、燃料电池动力系统、氢气制储运加系统。三类场景对阀门的要求各不同,阀门的侧重点同样区别较大。目前,这三类阀门在市场应用上存在一大共同点:以进口产品为主,国产率不高。
在标准方面,国外对氢能阀门已经形成一定标准,国内还没有形成统一的标准,国内企业在阀门的设计、加工、检验、试验等整个过程没有标准可依,这一点让国内企业在与外资品牌的竞争中处于不利境地。
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根据未势能源10月20日消息,近日,由中国通用机械工业协会批准的《氢用低温阀门通用试验方法》、《高压氢气阀门安全要求和测试方法》、《氢用低温阀门通用技术规范》等多项最新氢用阀门团体标准正式发布,并于2022年11月1日起实施,填补我国氢用阀门产品在功能安全性与检测评价方面标准的空白。
这三项团体标准实施内容分别为:
《CGMA04052022氢用低温阀门通用试验方法》规定了氢用低温阀门性能试验的术语和定义、试验项目、试验条件、试验介质、仪器设备、试验准备、试验步骤及数据处理。
《CGMA04072022氢用低温阀门通用技术规范》规定了氢用低温阀的术语和定义、结构型式、技术要求、检验和试验项目及要求、出厂检验和型式检验、标志、包装和储运要求。
《CGMA04062022高压氢气阀门安全要求与测试方法》规定了加氢站氢气阀门、与加氢站工作条件相似的装置或系统氢气阀门安全相关的一般要求和测试方法及试验验证内容。
图源未势能源
上述三项团体标准的发布,作为行业率先推出的氢用阀门技术相关重要标准,从行业统筹与行业规划层面,重点围绕产品定义、法规依据,遵循先进性、一致性和先行性原则,明确了氢用阀门测试方法与技术规范,更具科学性、专业性、严谨性与适用性,且在全国具有通用性,将进一步规范氢用领域阀门产品的检测技术应用、测试评价方法、产品设计与制造,提升自主产品国际市场竞争力,有利于引领行业的高质量发展。
此次参与标准制定,标志着未势能源技术创新能力与产品开发能力已得到了行业及相关机构的高度认可,也是未势能源积极参与相关国家标准、行业标准、团体标准制定又一里程碑式突破,具有十分重要的战略意义。
图源申通新能源
当前,氢用阀门以进口为主。从产业链看,储氢系统是氢能大规模商用的重要突破口之一。在氢燃料电池汽车应用方面,目前,量产氢能车采用的高压气态储氢系统中,罐体材料和碳纤维原料都已逐步国产化,但看似不起眼的瓶口加压阀门却成为“卡脖子”环节,相应的市场主要由加拿大、意大利和美国等国外公司占据。
根据GGII数据,在加氢站领域,国产氢能阀门的占比不足3%,主要阀门种类如截止阀、单向阀、减压阀、排空阀、电磁阀等产品的主流供应商以进口品牌为主,例如麦格思维特、世伟洛克等。
在车载供氢系统领域,国产氢能阀门的占比相对高一些,在20%-30%左右,原因是国富氢能、上海舜华均有使用国产阀门,包括加氢口等结构简单的阀门产品国产化比例较高。但市场整体上主要还是由加拿大GFI、意大利OMB和美国Luxfer等公司占据。
在燃料电池系统领域,国产氢能阀门的占比在10%-20%左右。部分头部燃料电池厂商在排氢阀、安全阀技术难度相对较低的环节已有在批量化应用国产产品;但多数中小型燃料电池系统厂商仍以使用进口产品为主,尤其是技术门槛较高的电磁阀产品。
近年来,随着涌入氢能阀门的国内企业增多,这种由进口品牌垄断的市场格局已出现“松动”迹象,国内多家企业摩拳擦掌拟改写原先的局面,氢能阀门国产化“起风”。
1、未势能源
未势能源科技有限公司(简称“未势能源”)聚焦氢气储运技术、储氢产品及核心部件的研发与产业化应用。
基于车用燃料电池氢安全系统控制策略及市场应用需求,未势能源在氢用阀门技术领域取得了实质性突破,并通过自主研发推出了70MPa高压瓶口阀、70MPa减压阀等多款代表性产品,综合性能标准实现与欧盟接轨,安全标准远超国内外通用安全标准准则。目前,产品已广泛应用于港口拖车、重载物流车、AGV车、轿运半挂车等多款车型,且具备规模化配套能力,顺利通过德国交通部(KBA)EC79认证,面向全球市场销售,进一步提升了我国氢用阀件在国际市场的话语权。
同时,基于液氢技术高效储存与应用需求,未势能源在车载液氢阀件研制方面,陆续突破了液氢温区超低温自适应内漏密封技术、低功耗电磁驱动技术等关键技术难题,开发完成车用液氢过流阀、电磁液氢截止阀等系列阀件,并配合液氢系统进行搭载车辆试验,产品安全性与有效性已得到充分验证。
值得一提的是,未势能源“岩竹”系列——70MPa多功能集成减压阀组产品,开发周期历时31个月,根据整车运行工况、系统高效运行及安全性能技术需求,共计进行了17大类超过1000次的台架测试,并配套多款氢燃料电池车型完成冬季标定、续航里程等多项整车级工况性能测试,用大量实测数据诠释了安全性能、验证了卓越品质。在最为关键的泄漏测试环节,通过常规性高低温内外漏测试,全寿命周期纯氢测试<100ppm,氢气外漏率小于0.6Nml/h,且远超国内外通用标准准则<10Nml/h泄漏指标,重新定义了行业“氢安全”标准。
2、富瑞阀门
张家港富瑞阀门有限公司(以下简称“富瑞阀门”),是张家港富瑞特种装备股份有限公司的控股子公司,于2016年开始独立自主开发车载供氢系统、加氢机和加氢站等一系列高压氢用阀门。
截至目前,富瑞阀门已经完成35MPa车用氢气集成瓶阀、加氢口、直通式止回阀、调压阀、过流阀、过滤器、安全阀、针型阀、球阀、比例卸荷阀的开发,同时70MPa的系列氢用阀门也已经研发出样品。2021年,富瑞阀门在氢能阀门的销量达到10000余件,占公司总营收的10%。
富瑞阀门的氢能阀门产品现已在多种车辆上得到广泛应用。2021年2月,宇通整体供氢系统阀门路试2万公里以上,无异常,现仍在继续运行中;开沃武汉薇湖公交,福建雪人、浙江氢途、大连天擎等车辆在厦门、福建、佛山、山西等地目前运行良好。
3、舜华新能源
上海舜华新能源系统有限公司(简称“舜华新能源”)成立于2004年,自成立以来一直致力于氢能产品及系统开发,形成了从产品到系统再到技术服务的高压加氢/供氢系统整体解决方案。
舜华新能源自主研发的第二代35MPa/70MPa车用氢气集成式电磁阀,是一种控制氢气通断的元器件,具有集成功能多、重量轻、泄漏点少、安全性高等特点。可满足燃料电池汽车和车载供氢系统的各项技术要求,独特的组合式泄放装置保证了氢气在燃料电池车上使用时的安全,该型号多项技术皆为国内领先,拥有20多项专利技术。
4、瀚氢动力
上海瀚氢动力科技有限公司(简称“瀚氢动力”)由航天动力领域资深专家领衔创办。瀚氢动力致力于开发具有完全自主知识产权的、高品质的氢能源领域供氢系统,以及相关泵、阀、压力容器等制约我国氢能源领域技术发展的瓶颈技术,推动氢能源技术进步。
截至目前,瀚氢动力推出的单机产品有无人机组合阀、机车组合阀、35MPa、70MPa加氢口、35MPa车用组合阀、70MPa车用组合阀、套压式管路接头、过滤单向阀、溢流阀、泄放阀、电动活塞加氢泵等。
5、上海百图
上海百图低温阀门(简称“上海百图”)专业从事低温特种阀门的设计、制造、销售和相关技术服务,其在成立之初,就确立以技术创新开拓市场。使企业在产品上技术领先,工艺先进,通过追求高质量和全过程服务来获得客户的满意度。
目前,上海百图拥有低温阀门国家级制造许可。在低温绝热气瓶专用低温阀门系列中拥有8项专利。产品包括瓶口阀、拉断阀、减压阀、过滤阀、安全阀、单向阀、瓶尾阀等。
其中,车用高压氢气集成瓶阀和氢气瓶用安全装置TPRD35系列按照国标(GB/T35544)进行型式试验,最大设计使用压力70MPa。
据上海百图透露,目前中国一汽与华菱的运行车辆中百图均有配套阀门提供,且已平稳运行超12个月,此外百图也为多家企业样车系统配套阀门。
6、神通新能源&江苏神通
南通神通新能源科技有限公司(简称“神通新能源”)由航天科技集团技术团队及上市公司江苏神通阀门股份有限公司(简称“江苏神通”)共同出资成立,专业从事精密阀门的研究、开发、生产和销售。
目前,神通新能源已经完成70&35MPa车载氢系统阀门产品闭环,并已经完成年产能5万台阀门的产线建设,已向市场提供了数千只多瓶组氢系统阀门、100余套单瓶组氢系统阀门、100余套无人机瓶口阀门、10余套叉车氢系统阀门,还已成功向用户提供军工用燃料电池阀门、实验室阀门。
9月15日,由江苏神通阀门公司设计制造的大口径氢气球阀顺利通过了第三方监理公司检测,产品已经发往项目现场。该批氢气球阀使用在国内某绿氢示范项目上,该项目是在西北戈壁荒滩上建设300MW光伏发电厂,为绿氢工厂52台碱性电解槽电解水制氢提供电能。项目建成后预计每年可减少二氧化碳排放48.5万吨。该项目建成后,将贯通光伏发电、绿电输送、绿电制氢、绿氢储存、绿氢输运、绿氢炼化全产业链流程,为国家“双碳”目标的实现做出示范,对促进国内制氢装备产业快速发展具有重大意义。
7、江苏申氢宸
江苏申氢宸科技有限公司(简称“江苏申氢宸”)现阶段主要产品为燃料电池阳极端核心部件。
目前江苏申氢宸主要阀门产品为燃料电池系统阀门,可以定制化开发氢能源汽车配件,包括喷氢器单元、循环泵及组合阀等,主要产品正处在车厂检验阶段,业务正逐步进入量产阶段,主要客户为中弗新能源、东方电气等。
8、浙江宏昇
浙江宏昇汽车零部件有限公司(简称“浙江宏昇”)专业从事氢燃料电池汽车零部件、氢气循环泵、引流喷射器、加热排氢阀、泄压阀、压力传感器、供氢后处理模块、排氮阀门、常开电磁阀等产品,并能为客户提供氢燃料电池系统的开发及氢系统难题的解决方案。
9、威孚高科
无锡威孚高科技集团股份有限公司(简称“威孚高科”)是一家以汽车零部件为主营业务的公司,其业务97%以上集中在这个领域,今年年初,威孚高科接连发布5条公告,全部围绕氢能领域,引起业内广泛关注。
根据威孚高科的氢能战略,公司的业务集中在上游的制氢端和下游的燃料电池端。根据该公司战略内容显示:“公司氢能业务,聚焦于氢能产业链中上游的氢燃料电池核心零部件、可再生能源制氢等两大业务,构建核心竞争力,实现氢能业务规模化增长。”
在氢用阀门方面,威孚高科的主要产品为车载储氢系统阀门、燃料电池系统阀门,根据GGII数据,2021年威孚高科出货排名在国产氢能阀门企业出货排名中进入TOP 8。
10、和瑞精密
湖北和瑞精密机械制造有限公司(下称“和瑞精密”)成立于2013年,专注特殊高压泵、阀及增压机的设计、制造和销售。
基于公司在超高压流体控制元器件方面的专业技术和卓越成绩,和瑞精密切入氢能赛道,已经先后开发出适用于加氢站压缩机的液驱增压器、气驱增压器,以及系列高压氢气管阀件等。公司这三大核心产品,目前已经向多家客户完成送样并完成三年时间使用检验,还在数座加氢站的压缩机、储氢罐、加氢机等关键环节成功实现应用。
11、苏州先创流体
苏州先创流体控制技术有限公司(简称“苏州先创流体”),一家主营业务为清洁能源LNG、液氢等的超低温加注设备和阀门及其超低温密封技术的企业,在氢能领域的核心产品有拉断阀、加氢口、70MPa高压氢减压稳压阀。该公司目前正筹建设新厂并在上海成立了新的研发中心。结合2021年的势头,苏州先创流体认为国内氢能管阀门的整体需求在上升,国产化替代趋势在开启,公司正从各个方面为抢抓市场机会做准备。
与进口品牌相比,国产品牌在产品价格、供货周期、合作开发配合度、售后服务等方面存在优势,有望逐步实现对进口品牌的国产化替代。但目前,除了上述的标准缺失,氢用阀门“国产化”也面临着一些挑战:
氢能大规模应用未铺开,氢用阀门应用受限,研发“试错”存在一定的局限性,产品的品质未能提供充分的数据证明其可靠性。
由于氢气介质特殊(分子小、易渗透发生氢脆、爆炸性等),对阀门的质量要求非常高。国外企业基础研究超前,已率先占领国内市场,在国内产商未能提供足够的说明证明产品可靠性的前提下,从安全角度,用户趋向优先选择外资品牌。
由供需关系决定的市场导致氢用阀门批量供应能力发展进步较慢。
氢用阀门的国产化道路仍有很长一段路要走。不过,今年3月,国家发改委联合国家能源局发布《氢能产业发展中长期规划(2021—2035年)》,文件将氢能定位为国家未来能源体系的重要组成部分,又将其作为终端实现绿色低碳转型的重要载体,在政策的大力支持下,氢能产业发展如火如荼。伴随国内氢能阀门企业掀起国产化替代浪潮,相信原先外资品牌占主流市场的局面或很快发生改变。