Анализ выбора компрессора для различных типов водородных заправочных станций

Анализ выбора компрессора для различных типов водородных заправочных станций

1.Анализ типов водородных заправочных станций.

В зависимости от источника водорода, водородные заправочные станции Их можно разделить на стационарные водородные заправочные станции и выносные водородные заправочные станции. Собственные водородные заправочные станции производят водород непосредственно на станции различными методами (например, электролиз воды, риформинг природного газа и т. д.), а затем заправляют автомобили на топливных элементах. Этот метод снижает стоимость и сложность транспортировки водорода. Выносные водородные заправочные станции получают водород от внешних поставщиков, транспортируют его на станцию автоцистернами для хранения, а затем заправляют. Этот метод более распространен, особенно на начальном этапе строительства инфраструктуры водородной энергетики.

По различной конфигурации оборудования водородные заправочные станции можно разделить на стационарные водородные заправочные станции и блочные водородные заправочные станции. Стационарные водородные заправочные станции обычно представляют собой крупномасштабные, стационарные заправочные станции, подходящие для районов с большой и стабильной потребностью в водороде. Станции заправки водородом на раме характеризуются модульной конструкцией и установкой на раме, которые легко развертывать и быстро перемещать и подходят для первоначального освоения рынка или временного спроса.

В зависимости от различных уровней давления заправки водородные заправочные станции можно разделить на водородные заправочные станции с давлением 35 МПа, водородные заправочные станции с давлением 70 МПа и водородные заправочные станции с давлением 35 МПа + 70 МПа. Водозаправочные станции с давлением 35 МПа обычно обслуживают водородные тяжелые грузовики, самосвалы, автобусы и логистические машины. Водозаправочные станции 70 МПа обслуживают автомобили на топливных элементах, оснащенные баллонами для хранения водорода высокого давления 70 МПа, особенно легковые автомобили. Уровень смешанного давления на водородных заправочных станциях +35 МПа + 70 МПа может удовлетворить потребности транспортных средств с двумя давлениями одновременно, обеспечивая большую гибкость водородных заправочных станций и гарантируя, что водородные заправочные станции могут адаптироваться к более широкому спектру рынков водородных транспортных средств.

2.1 Мембранный компрессор

Диафрагменный компрессор сжимает газ через металлическую диафрагму, совершающую возвратно-поступательное движение. Преимущества в том, что газ полностью изолирован от поршня и нет загрязнения маслом. Полость мембраны имеет статическое уплотнение с низкой скоростью утечки. Газ напрямую контактирует с торцевой крышкой и группой металлических диафрагм, создавая хороший эффект теплопередачи, что позволяет достичь очень высокой объемной эффективности и простоты обслуживания и эксплуатации. Недостатком диафрагменного компрессора является то, что его нельзя запустить или остановить по желанию, компрессор слегка вибрирует, и требуется специальная конструкция фундамента. Благодаря высокой производительности, низкому энергопотреблению и низким требованиям к охлаждению он оказался очень эффективным при использовании водорода и обычно используется на стационарных водородных заправочных станциях, которые требуют длительной эксплуатации и высоких требований к чистоте водорода.

2.2 Поршневой компрессор с жидкостным приводом

Поршневой компрессор с жидкостным приводом представляет собой процесс, при котором гидравлическое масло приводит в движение поршень корпуса гидроцилиндра, приводя в возвратно-поступательное движение поршень камеры сжатия газа, установленный на том же поршневом штоке, реализуя процесс всасывания и выпуска газа. Преимущество заключается в том, что благодаря использованию гидравлического привода без движения шатуна коленчатого вала он может адаптироваться к частым условиям пуска и остановки, частота сжатия низкая, вибрация небольшая, а требования к фундаменту компрессора не высоки.

Недостатком поршневого компрессора с жидкостным приводом является то, что одноступенчатый компрессор низкий, требования к охлаждению высоки, и во время возвратно-поступательного движения поршня неизбежно возникает износ, что приводит к загрязнению чистоты водорода частицами пыли и утечка выше, чем у диафрагменного компрессора. Детали поршневого цилиндра имеют большие размеры и сложны в ремонте и замене. Поскольку его стоимость адаптирована к частым старт-стопным условиям и имеет низкие требования к фундаменту оборудования, его обычно используют на блочных водородных заправочных станциях или мобильных водородных заправочных станциях, не требующих длительной эксплуатации.

2.3 Диафрагменный компрессор с жидкостным приводом

Диафрагменный компрессор с жидкостным приводом использует одноступенчатую схему сжатия с двойной диафрагмой и схему привода «гидравлический насос + поворотный реверсивный клапан». Преимущество заключается в том, что гидравлический насос приводит в движение гидравлическое масло вместо традиционного поршня и шатуна, приводящего в движение гидравлическое масло, что позволяет уменьшить количество поршня в сборе, узел механизма кривошипно-шатунного механизма, коленчатый вал и другие детали механической трансмиссии, а компоновка более эффективна. компактный.

Он сочетает в себе преимущества высокой герметизации и безмасляного загрязнения диафрагменных компрессоров и преимущества поршневых компрессоров с жидкостным приводом в адаптации к частому пуску и остановке. Недостатком мембранного компрессора с жидкостным приводом является то, что необходимость использования двух мембранных головок увеличивает риск разрыва диафрагмы, а давление гидравлического масляного насоса должно быть выше, чем давление выхлопных газов, что предъявляет высокие требования к характеристикам уплотнения масляного контура. В настоящее время диафрагменный компрессор с жидкостным приводом аналогичен поршневому компрессору с жидкостным приводом и в основном используется на салазках или мобильных станциях гидрирования. Общие характеристики и параметры диафрагменного компрессора с жидкостным приводом аналогичны характеристикам диафрагменного компрессора.

3. Заключение

Водородные компрессоры для водородных заправочных станций достигли большого прогресса с точки зрения рабочего объема, рабочего давления, цикла обслуживания и удельной мощности, а также постоянно сокращают технический разрыв с зарубежной продукцией. Отечественные водородные компрессоры постепенно вытеснили зарубежную продукцию. Судя по вышеупомянутым примерам типичных водородных заправочных станций, диафрагменные компрессоры и компрессоры с жидкостным приводом достигли относительно хороших эксплуатационных результатов в своих соответствующих сценариях применения. Бытовой жидкостный компрессор на 90 МПа успешно разработан, но случаев коммерческого применения пока нет. По-прежнему существует большой разрыв между технологиями сжатия, такими как поршневые компрессоры высокого давления, компрессоры с ионной жидкостью и металлогидридные компрессоры, и зарубежными технологиями. Итерация технологий и тестирование рынка — важные направления развития в будущем.

На текущем этапе строительства компрессоры водородных заправочных станций должны быть ориентированы на срок использования, степень сжатия водорода, стабильность рабочего состояния и фактическую эксплуатацию по проекту. В сценариях стационарных водородных заправочных станций для производства водорода за пределами площадки и водородных заправочных станций для производства водорода на площадке в первую очередь можно использовать диафрагменные компрессоры. В сценариях водородных заправочных станций, смонтированных на раме, и водородных заправочных станций с давлением 90 МПа, где частота заправки относительно низкая и требуются частые запуски и остановки, компрессорам с жидкостным приводом можно отдать приоритет.