Analiza selecției compresoarelor pentru diferite tipuri de stații de alimentare cu hidrogen

Analiza selecției compresoarelor pentru diferite tipuri de stații de alimentare cu hidrogen

1.Analiza tipurilor de stații de realimentare cu hidrogen

În funcție de sursa de hidrogen, stații de alimentare cu hidrogen poate fi împărțit în stații de realimentare cu hidrogen la fața locului și stații de realimentare cu hidrogen în afara amplasamentului. Stațiile de realimentare cu hidrogen de la fața locului produc hidrogen direct la stație prin diferite metode (cum ar fi electroliza apei, reformarea gazului natural etc.), iar apoi realimentează vehiculele cu celule de combustibil. Această metodă reduce costul și complexitatea transportului hidrogenului. Stațiile de realimentare cu hidrogen din afara amplasamentului obțin hidrogen de la furnizori externi, îl transportă la stație cu camioane cisterne pentru depozitare și apoi realimentează. Această metodă este mai frecventă, mai ales în etapa inițială a construcției infrastructurii energetice cu hidrogen.

Conform diferitelor configurații de echipamente, stațiile de alimentare cu hidrogen pot fi împărțite în stații de alimentare cu hidrogen fixe și stații de alimentare cu hidrogen montate pe skid. Stațiile fixe de realimentare cu hidrogen sunt de obicei instalații de realimentare cu hidrogen pe scară largă, construite permanent, potrivite pentru zonele cu cerere mare și stabilă de hidrogen. Stațiile de alimentare cu hidrogen montate pe skid se caracterizează printr-un design modular și o instalare montată pe skid, care sunt ușor de instalat și relocat rapid și sunt potrivite pentru explorarea inițială a pieței sau ocazii temporare de cerere.

În funcție de diferitele niveluri de presiune de realimentare, stațiile de realimentare cu hidrogen pot fi împărțite în stații de realimentare cu hidrogen de 35MPa, stații de realimentare cu hidrogen de 70MPa și stații de realimentare cu hidrogen de 35MPa+70MPa. Stațiile de realimentare cu hidrogen de 35 MPa deservesc de obicei camioane grele cu hidrogen, camioane de gunoi, autobuze și vehicule logistice. Stațiile de realimentare cu hidrogen de 70 MPa deservesc vehicule cu celule de combustibil echipate cu sticle de stocare cu hidrogen de înaltă presiune de 70 MPa, în special mașini de pasageri. Nivelul de presiune mixt al stațiilor de alimentare cu hidrogen de +35MPa+70MPa poate satisface nevoile vehiculelor cu două presiuni în același timp, oferind o flexibilitate mai mare pentru stațiile de alimentare cu hidrogen și asigurând că stațiile de alimentare cu hidrogen se pot adapta la o gamă mai largă de piețe de vehicule cu hidrogen.

2.1 Compresor cu diafragmă

Compresorul cu diafragmă comprimă gazul printr-o diafragmă metalică alternativă. Avantajele sunt că gazul este complet izolat de piston și nu există poluare cu ulei. Cavitatea membranei adoptă o etanșare statică cu o rată scăzută de scurgere. Gazul contactează direct capacul de capăt și grupul de diafragmă metalică pentru a forma un efect bun de transfer de căldură, care poate obține o eficiență de volum foarte mare și întreținere și operare simplă. Dezavantajul compresorului cu diafragmă este că nu poate fi pornit sau oprit după bunul plac, compresorul vibrează ușor și este necesară o fundație specială de proiectare. Datorită debitului său mare, consumului redus de energie și cerințelor scăzute de răcire, sa dovedit a fi foarte eficient în aplicațiile cu hidrogen și este de obicei utilizat în stațiile fixe de alimentare cu hidrogen care necesită funcționare pe termen lung și cerințe de puritate ridicată a hidrogenului.

2.2 Compresor cu piston acționat de lichid

Compresorul cu piston acționat de lichid este un proces în care uleiul hidraulic antrenează pistonul corpului cilindrului hidraulic, antrenând pistonul camerei de compresie a gazului instalat pe aceeași tijă a pistonului să se schimbe, realizând procesul de aspirație și evacuare a gazelor. Avantajul este că, datorită utilizării acționării hidraulice fără mișcarea tijei arborelui cotit, se poate adapta la condițiile frecvente de pornire-oprire, iar frecvența de compresie este scăzută, iar vibrația este mică, iar cerințele pentru fundația compresorului nu sunt ridicate.

Dezavantajul compresorului cu piston acționat de lichid este că compresorul cu o singură treaptă este scăzut, cerințele de răcire sunt mari și uzura va avea loc inevitabil în timpul mișcării alternative a pistonului, rezultând particule de praf care contaminează curățenia hidrogenului și scurgerea este mai mare decât cea a compresorului cu diafragmă. Piesele cilindrului pistonului sunt mari ca dimensiuni și sunt complexe de reparat și înlocuit. Deoarece costul său este adaptat la condițiile frecvente de pornire-oprire și are cerințe scăzute pentru fundația echipamentelor, este de obicei utilizat în stațiile de alimentare cu hidrogen montate pe skid sau în stațiile mobile de alimentare cu hidrogen care nu necesită funcționare pe termen lung.

2.3 Compresor cu diafragmă acţionat de lichid

Compresorul cu diafragmă acționat de lichid adoptă o schemă de compresie cu o singură treaptă, cu dublă diafragmă și o schemă de antrenare „pompă hidraulică + supapă rotativă de inversare”. Avantajul este că pompa hidraulică antrenează uleiul hidraulic în loc de pistonul tradițional și biela manivelă care conduce uleiul hidraulic, reducând ansamblul pistonului, ansamblul mecanismului bielei manivelă, arborele cotit și alte piese de transmisie mecanică, iar aspectul este mai mult compact.

Combină avantajele etanșării ridicate și poluării fără ulei a compresoarelor cu diafragmă și avantajele compresoarelor cu piston acționate de lichid în adaptarea la pornirea și oprirea frecventă. Dezavantajul compresorului cu diafragmă acționat de lichid este că necesitatea de a folosi două capete de diafragmă crește riscul de rupere a diafragmei, iar presiunea pompei de ulei hidraulic trebuie să fie mai mare decât presiunea de evacuare, care are cerințe ridicate pentru performanța de etanșare a circuitului de ulei. În prezent, compresorul cu diafragmă acționat de lichid este similar cu compresorul cu piston acționat de lichid și este utilizat în principal în stațiile de hidrogenare montate pe skid sau stațiile mobile de hidrogenare. Specificațiile și parametrii comuni ai compresorului cu membrană acționat de lichid sunt similare cu cele ale compresorului cu membrană.

3.Concluzie

Compresoarele cu hidrogen pentru stațiile de alimentare cu hidrogen au făcut progrese mari în ceea ce privește deplasarea, presiunea de lucru, ciclul de întreținere și puterea specifică și au redus continuu decalajul tehnic cu produsele străine. Compresoarele interne cu hidrogen au înlocuit treptat produsele străine. Din exemplele de stații de alimentare cu hidrogen tipice menționate mai sus, compresoarele cu diafragmă și compresoarele acționate de lichid au obținut rezultate de funcționare relativ bune în scenariile lor de aplicare respective. Compresorul de uz casnic acționat cu lichid de 90 MPa a fost dezvoltat cu succes, dar nu există încă cazuri de aplicații comerciale. Există încă un decalaj mare între tehnologiile de compresie, cum ar fi compresoarele cu piston de înaltă presiune, compresoarele cu lichid ionic și compresoarele cu hidrură metalică și cele străine. Iterația tehnologiei și testarea pieței sunt direcții importante de dezvoltare în viitor.

În etapa actuală de construcție, compresoarele stației de alimentare cu hidrogen ar trebui să se concentreze pe maturitatea utilizării, raportul de compresie a hidrogenului, stabilitatea condițiilor de lucru și funcționarea reală a proiectului. În scenariile stațiilor fixe de alimentare cu hidrogen pentru producția de hidrogen în afara amplasamentului și stațiilor de alimentare cu hidrogen cu producție de hidrogen la fața locului, pot fi utilizate mai întâi compresoare cu diafragmă. În scenariile stațiilor de realimentare cu hidrogen montate pe skid și stațiilor de alimentare cu hidrogen de 90 MPa în care frecvența de umplere este relativ scăzută și sunt necesare porniri și opriri frecvente, compresoarele acționate cu lichid pot avea prioritate.