寫稿
投稿
氫能因來源廣泛、清潔無碳，被視為實(shí)現(xiàn)交通運(yùn)輸領(lǐng)域大規(guī)模深度脫碳的最佳選擇。日益增長(zhǎng)的燃料電池汽車市場(chǎng)需要一個(gè)強(qiáng)大的加氫站網(wǎng)絡(luò)。大力發(fā)展氫燃料電池汽車，基礎(chǔ)設(shè)施必須要先行。加氫站的數(shù)量、加氫便捷性已成為燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
加氫站由卸氫系統(tǒng)、增壓系統(tǒng)、儲(chǔ)氫系統(tǒng)和加氫系統(tǒng)組成。卸氣系統(tǒng)主要是由運(yùn)輸氫氣的長(zhǎng)管拖車和卸氣柱組成，通過卸氣柱將長(zhǎng)管拖車上的氫氣卸載。在整個(gè)加氫站中，最核心的設(shè)備是氫氣壓縮機(jī)、高壓儲(chǔ)氫罐、氫氣加注機(jī)。其中，氫氣壓縮機(jī)作為實(shí)現(xiàn)氫氣增壓的設(shè)備，其性能和耐久性直接決定著加氫站的規(guī)模和后期維護(hù)成本，是最為關(guān)鍵的核心單體設(shè)備，成本約占加氫站建設(shè)成本的35%。
加氫站用壓縮機(jī)主要有隔膜式壓縮機(jī)、液驅(qū)式壓縮機(jī)以及離子壓縮機(jī)?，F(xiàn)階段，三種技術(shù)路線中隔膜式壓縮機(jī)和液驅(qū)式壓縮機(jī)應(yīng)用最多，兩者的應(yīng)用比例大概為7：3。離子壓縮機(jī)在國(guó)內(nèi)應(yīng)用案例最少，主要是林德在部分項(xiàng)目中進(jìn)行示范應(yīng)用。
三種技術(shù)路線各具特點(diǎn)：
隔膜式壓縮機(jī)之所以成為目前市場(chǎng)應(yīng)用主流，主要因?yàn)楦裟な綁嚎s機(jī)具有壓縮過程中不受污染、無泄漏，壓縮比大，排氣壓力高等優(yōu)勢(shì)，包括其排氣量特點(diǎn)，較符合當(dāng)前階段加氫站對(duì)氫氣壓縮機(jī)的技術(shù)要求。目前國(guó)內(nèi)主要的加氫站集成商，基本使用隔膜式壓縮機(jī)。但從已投入使用的加氫站隔膜式壓縮機(jī)實(shí)際運(yùn)行情況看，還面臨著如下亟待解決的問題：
01.對(duì)加氫站工況適應(yīng)不足，故障率較高
加氫站特有的“頻繁啟停、冷態(tài)開車、帶載啟?！钡墓r，導(dǎo)致隔膜式氫氣壓縮機(jī)故障率較高。為盡量減少頻繁啟停對(duì)壽命的影響，不少加氫站需要為隔膜式氫氣壓縮機(jī)增配緩沖罐，增加數(shù)萬元建設(shè)成本，但仍然無法很好解決上述問題。
02.維修便利性較差、維護(hù)成本高
隔膜式氫氣壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，維修所需的操作空間和工作量較大，維修單件起吊重量超過2.5噸，需要專業(yè)吊裝工作操作，維修空間四周不能小于2.0m，維修時(shí)部分核心零部件（如氫氣閥門）仍然依賴進(jìn)口，成本高，交期長(zhǎng)，維護(hù)成本高。
03.體積重量大，不利于加氫站靈活布局
隔膜式氫氣壓縮機(jī)撬裝尺寸較大，占地面積普遍超過10平方米。從加氫站的規(guī)劃建設(shè)趨勢(shì)看，在現(xiàn)有加油站基礎(chǔ)上升級(jí)的綜合能源站是一大趨勢(shì)。較大的占地面積、需要預(yù)留較高的維修空間，不利于與加氫站的靈活布局。此外，隔膜式氫氣壓縮機(jī)重量較重，以45MPa-500kg@12h隔膜壓縮機(jī)為例，主流品牌產(chǎn)品重量在8-10噸，需要專門澆筑地基滿足承重及地面平整性要求，增加數(shù)十萬元建設(shè)成本。
04.排量有瓶頸，高壓技術(shù)成熟度不高
目前國(guó)內(nèi)加氫站建設(shè)仍以面向商用車為主，應(yīng)用比較多的還是45MPa-500kg壓縮機(jī)，但加氫站對(duì)于高壓力、大流量的未來需求趨勢(shì)已經(jīng)非常明顯。在同樣的儲(chǔ)氫容積下，高壓力意味著車輛有更長(zhǎng)的續(xù)航里程和更優(yōu)的經(jīng)濟(jì)性，數(shù)據(jù)顯示，70MPa氫氣比35MPa要多出67%的續(xù)航里程。在高壓領(lǐng)域，國(guó)產(chǎn)化隔膜壓縮機(jī)技術(shù)成熟度和競(jìng)爭(zhēng)力較差，國(guó)外技術(shù)成熟度相對(duì)較高，國(guó)內(nèi)有成熟應(yīng)用的90MPa高壓氫氣壓縮機(jī)尚不多見。同時(shí)，隨著氫能商用車漸成規(guī)模，加氫站在有限的建設(shè)用地上滿足大規(guī)模車隊(duì)加注，最佳路徑就是增大壓縮機(jī)的排量。由于加氫站的上述發(fā)展趨勢(shì)，意味高壓、大排量將是市場(chǎng)用戶對(duì)站用壓縮機(jī)的重要需求。
現(xiàn)有各類站用氫氣壓縮機(jī)各有優(yōu)劣，但短時(shí)間內(nèi)無法滿足高壓、大排量、國(guó)產(chǎn)化的發(fā)展需求。同時(shí)，加氫站投建、運(yùn)營(yíng)方對(duì)于氫氣壓縮機(jī)安全性、可靠性、操作及運(yùn)維便利性、全生命周期經(jīng)濟(jì)性等方面的需求尚未得到充分滿足，市場(chǎng)亟待一種兼顧傳統(tǒng)隔膜式、液驅(qū)式優(yōu)勢(shì)的“兼美”型產(chǎn)品出現(xiàn)。
顛覆傳統(tǒng)的液驅(qū)隔膜式壓縮機(jī)
上海羿弓氫能科技有限公司將航天級(jí)方案降維應(yīng)用于加氫站用氫氣壓縮機(jī)領(lǐng)域，全球首創(chuàng)的“液驅(qū)隔膜式壓縮機(jī)”，專門針對(duì)加氫站應(yīng)用需求而研發(fā)，具備傳統(tǒng)隔膜壓縮機(jī)的保證氣體絕對(duì)潔凈、密封性好、單級(jí)壓縮比高、散熱性能好等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也兼?zhèn)湟候?qū)活塞式壓縮機(jī)的適應(yīng)頻繁啟停、帶載啟停、變工況運(yùn)行、可維修性好（模塊化）、可實(shí)現(xiàn)靈活串/并聯(lián)提升排氣壓力或排量等優(yōu)勢(shì)。液驅(qū)隔膜式壓縮機(jī)可適應(yīng)加氫站的變工況、頻繁啟停等需求，同時(shí)整機(jī)模塊化設(shè)計(jì)、占地面積小等方面使其具備較高的經(jīng)濟(jì)性。2022年下半年，羿弓氫能液驅(qū)隔膜式壓縮機(jī)推向市場(chǎng)，目前已有包括45MPa、90MPa固定式加氫站、制加氫一體站、移動(dòng)式加氫站的多個(gè)應(yīng)用案例。
液驅(qū)隔膜式氫氣壓縮機(jī)通過液壓泵直驅(qū)+高頻換向閥代替?zhèn)鹘y(tǒng)的曲柄連桿+活塞、皮帶傳動(dòng)，在壓縮過程中有效保證氣體絕對(duì)潔凈，單級(jí)壓縮即可實(shí)現(xiàn)大于10的壓縮比。產(chǎn)品研制過程中，完成整機(jī)5000h壽命試驗(yàn)，在沒有更換損耗件的前提下實(shí)現(xiàn)了無故障運(yùn)行遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過國(guó)內(nèi)外能源行業(yè)對(duì)設(shè)備的試驗(yàn)要求，膜片、閥門經(jīng)過10000h壽命測(cè)試考驗(yàn)。
從加氫站的實(shí)際應(yīng)用看，液驅(qū)隔膜式壓縮機(jī)與傳統(tǒng)隔膜式壓縮機(jī)相比，具有如下優(yōu)勢(shì)：
01、可通過驅(qū)動(dòng)、增壓?jiǎn)卧嗉?jí)串并聯(lián)，滿足超大排量需求，適應(yīng)未來大流量加氫站的需求；
02、巧妙的模塊化設(shè)計(jì)，45MPa產(chǎn)品與90MPa產(chǎn)品組件通用性高達(dá)90%，只需要更換一個(gè)組件，可實(shí)現(xiàn)45MPa產(chǎn)品向90MPa升級(jí)，滿足35MPa加氫站向70MPa加氫站快速升級(jí)的需求，大大提升了加氫站投建及運(yùn)營(yíng)方的靈活性。
03、完美適應(yīng)加氫站“頻繁啟停、冷態(tài)開車、帶載啟?！钡奶厥夤r，可實(shí)現(xiàn)無緩沖罐直充，減少加氫站設(shè)備投入；
04、模塊化設(shè)計(jì)，尺寸極其緊湊，占地面積、整機(jī)體積、重量均僅為傳統(tǒng)隔膜式壓縮機(jī)的50%左右，非常有利于加氫站、制加氫一體站、綜合能源站的靈活布局，且不需要額外做地基建設(shè)，節(jié)約建設(shè)成本；
05、整機(jī)關(guān)鍵部件如柱塞泵、氣閥、膜片、換向閥、溢流閥等，均為自主研發(fā)并生產(chǎn)。其中高壓柱塞泵技術(shù)是國(guó)家35項(xiàng)“卡脖子”技術(shù)之一，羿弓氫能液驅(qū)隔膜式壓縮機(jī)配置的高壓柱塞泵填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白；高可靠氫氣閥門源于核工業(yè)領(lǐng)域長(zhǎng)壽命、創(chuàng)新設(shè)計(jì)計(jì)算方法、材料選擇、加工工藝均為國(guó)內(nèi)領(lǐng)先水平。液驅(qū)隔膜式壓縮機(jī)關(guān)鍵組件完全自主可控，更換便利、運(yùn)維成本低，大大降低產(chǎn)品全生命周期使用成本。
06、單模塊重量不超過0.3頓kg，維修空間四周僅需0.6m；產(chǎn)品巧妙設(shè)計(jì)自帶吊裝工具，維保時(shí)不需要額外配備吊裝設(shè)備，僅需1人操作，運(yùn)維極其便利。
液驅(qū)隔膜式壓縮機(jī)在安全性設(shè)計(jì)上也有亮眼表現(xiàn)：
整機(jī)防爆認(rèn)證
所有電氣元件均滿足氫氣環(huán)境1區(qū)防爆等級(jí)（GB3836和GB50058），實(shí)現(xiàn)整機(jī)防爆認(rèn)證，滿足更高級(jí)別應(yīng)用要求。
安全防護(hù)裝置
在進(jìn)氣/排氣路、液壓路設(shè)置多個(gè)安全裝置，保證設(shè)備不超壓。
防呆系統(tǒng)設(shè)計(jì)
在設(shè)計(jì)階段，考慮設(shè)備異常狀況應(yīng)對(duì)，設(shè)置“防呆”方案?？捎行ьA(yù)警：膜片破裂、排氣溫度過高、油溫過高、油箱液位過低、振動(dòng)加劇、火點(diǎn)監(jiān)測(cè)等。
組件安全測(cè)試
承壓部件的全生產(chǎn)周期質(zhì)量把控及性能測(cè)試；安全閥及壓力儀表等核心部件在裝配前會(huì)接受嚴(yán)格的第三方機(jī)構(gòu)標(biāo)定校驗(yàn)。
此外，羿弓氫能的液驅(qū)隔膜式站用壓縮機(jī)均配備“羿氫云”數(shù)字孿生運(yùn)維平臺(tái)，該平臺(tái)為行業(yè)內(nèi)首歌落地的站用壓縮機(jī)智能解決方案，包含設(shè)備管理、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控、歷史數(shù)據(jù)查看、事件消息提醒、工單管理等，能夠?qū)崿F(xiàn)壓縮機(jī)遠(yuǎn)程控制、無人值守運(yùn)行以及故障預(yù)警，大大提高站用壓縮機(jī)安全性、保障性、運(yùn)維便利性。
受益于國(guó)家“雙碳”目標(biāo)及氫燃料電池汽車示范城市群政策，國(guó)內(nèi)加氫站建設(shè)明顯提速，加氫站氫氣壓縮機(jī)也迎來發(fā)展快速期。據(jù)高工產(chǎn)研氫電研究所（GGII）《2022年中國(guó)加氫站市場(chǎng)調(diào)研報(bào)告》，2021年中國(guó)加氫站用氫氣壓縮機(jī)市場(chǎng)規(guī)模約為2.1億元，同比實(shí)現(xiàn)翻番。GGII預(yù)計(jì)，2025年中國(guó)加氫站用氫氣壓縮機(jī)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到7億元以上，2021-2025年均復(fù)合增長(zhǎng)率超過35%。據(jù)中國(guó)氫能聯(lián)盟預(yù)計(jì)，到2050年，中國(guó)加氫站存量將達(dá)到10000座，年產(chǎn)值也將超過千億。
對(duì)于日益增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求而言，加氫站氫氣壓縮機(jī)正走在徹底實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化的“破局”之路上。“液驅(qū)隔膜式”壓縮機(jī)適應(yīng)高壓大流量的趨勢(shì)，憑借其高可靠性、高安全性、高經(jīng)濟(jì)性、高靈活性、高便利性的顯著優(yōu)勢(shì)，有望以“黑馬”姿態(tài)，迅速成為下一代加氫站用壓縮機(jī)主流產(chǎn)品。
