发展中的复合材料气压罐
按照气压罐的不同构成方式,可将其区分为4种类型:第一种是以普通的钢材制成的全金属结构的气压罐;第二种是大部分采用金属材料,并沿环向缠有纤维丝,以构成复合材料的外壳。这种类型的气压罐通常包括钢(或铝)制成的金属罐和玻纤复合材料制成的外壳,它们分别承受同等的结构载荷;第三种是金属内衬加全复合材料的外壳,通常为铝内衬和碳纤维增强的复合材料外壳,结构载荷由复合材料外壳承受;第四种则完全采用了复合材料:内层采用的是聚合物(特别是高密度的聚乙烯或HDPE),外部则采用碳纤维或碳/玻璃纤维混合的复合材料。显然,这种类型气压罐的结构载荷完全由复合材料结构来承受。
无论是哪种类型的气压罐,各有其优缺点。第一种气压罐的价格最低,按容积计算的生产成本大概是$5/L。此外,用于制造此种气压罐的金属加工设备和技术也应用得非常成熟。但其重量也是最大的,大约为1.4kg/L。相比之下,第二种气压罐的制造成本要高出50%,但重量却降低了30%-40%。第三种气压罐和第四种气压罐的重量均明显低于前两种,大约为0.3-0.45kg/L。然而,它们的制造成本大约是第二种的2倍和全金属气压罐的3.5倍。
1、受控于价格因素的气压罐市场
就全球NGV市场来看,最大的市场是南美洲(49%)和中东地区(26%)。目前,阿根廷、巴西、巴基斯坦、意大利和伊朗是使用NGV最多的5个国家,它们的NGV总数占据了全球NGV总数的75%。显然,NGV产业已成为这些国家的经济支柱。在这些国家中,影响人们购买NGV的主要驱动力是成本因素。正因如此,在除意大利以外的其他几个国家中,第一种类型的CNG气压罐便成为用量最多的品种,但这也限制了这些国家的复合材料产业的发展。据预测,在今后的几年中,第一种类型的气压罐在这些国家中仍将保持93%的市场份额。
2、复合材料气压罐的价值
尽管目前的市场表现对复合材料气压罐制造商不会有太大的激励作用,但根据已经凸现的未来NGV销售增长的情况分析,第二、第三和第四种类型的气压罐的需求增长率将达到7%,这意味着对复合材料、相关的制造装备和加工技术的需求也将有快速的增长。
目前已有几个因素预示了这种增长趋势。首先,全部或部分采用复合材料的气压罐有助于降低燃料系统和车辆的重量。以一个典型的公共汽车或商用卡车为例,采用第三或第四种类型的气压罐能够使车辆的燃料系统减轻超过454kg的重量;其次,复合材料的气压罐放宽了对气体密封压力的限制,它可提供良好的能量贮存密封性。对于很多的高压应用而言,通常要求容器能够承受350kg/cm2或更大的压力,而第三及第四种类型的气压罐最适合此类应用;第三,复合材料极大地提高了气压罐的耐腐蚀性和整体安全性;最后,对于以碳纤维束作为增强体的复合材料气压罐而言,出色的抗疲劳强度提高了此种气压罐的使用寿命。一般,以碳纤维增强复合材料制成的第三和第四种气压罐能够使用30年,压力罐。其寿命是前两种气压罐的2倍。
基于这些优势,再结合当前居高不下的石油燃料成本,使得包括欧洲及北美在内的其他很多国家和地区对发展复合材料产业也表现出了越来越大的兴趣。在印度、中国、阿根廷和伊朗,一些公司正在开发除第一种气体贮存系统之外的其他产品,这也为高附加值产品带来了竞争机遇,而这些产品的制造技术目前仍主要被欧洲和北美的制造商所掌握。尽管技术掌控权在一定程度上限制了碳纤维复合材料及相关的制造装备和加工技术在一些国家的应用,但却无法阻止中国、印度、阿根廷和其他一些国家的气压罐制造商的开发进程。气压罐
3、成长中的市场
按照先前的预测,CNG气压罐需求增长最强劲的市场将出现在发展中国家。2008年,已有超过200万辆的由CNG驱动的汽车被交付使用,其中大约有90%的产品被卖到了除欧洲和北美以外的其他地区,而这90%的产品意味着将要使用大约450万个第一种气压罐类型,以及少量的第二种气压罐类型。
相比之下,在2009~2013年期间,欧洲和北美市场对此类气压罐系统的需求量渴望达到200万,而世界上其他国家的总需求量大约是3200万。气压罐。
伴随着经济全球化的向前推进,一些具有高技术水平的气压罐制造商们会发现,他们正面临着一个极好的向外扩张的机遇。他们可以在世界上经济增长较快的地区建立制造基地,或者拥有全资子公司,或者与当地发展较好的公司成立合资企业。在当前欧洲和美国CNG公共汽车销售整体下滑的情况下,对于那些想在今后2年内维持或提升业务的、生产第三和第四种气压罐的制造商们而言,气压罐向外扩张是一个不错的选择。
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