Analyse van de compressorselectie voor verschillende soorten waterstoftankstations

Analyse van de compressorselectie voor verschillende soorten waterstoftankstations

1. Analyse van typen waterstoftankstations

Afhankelijk van de waterstofbron, waterstoftankstations kan worden onderverdeeld in waterstoftankstations op locatie en waterstoftankstations buiten de locatie. On-site waterstoftankstations produceren waterstof rechtstreeks op het station via verschillende methoden (zoals waterelektrolyse, reforming van aardgas, enz.) en tanken vervolgens brandstofcelvoertuigen bij. Deze methode vermindert de kosten en complexiteit van waterstoftransport. Off-site waterstoftankstations verkrijgen waterstof van externe leveranciers, transporteren deze per tankwagen naar het station voor opslag en tanken vervolgens bij. Deze methode komt vaker voor, vooral in de beginfase van de aanleg van waterstofenergie-infrastructuur.

Afhankelijk van de verschillende uitrustingsconfiguraties kunnen waterstoftankstations worden onderverdeeld in vaste waterstoftankstations en op skids gemonteerde waterstoftankstations. Vaste waterstoftankstations zijn doorgaans grootschalige, permanent gebouwde waterstoftankstations, geschikt voor gebieden met een grote en stabiele waterstofvraag. Op een skid gemonteerde waterstoftankstations worden gekenmerkt door een modulair ontwerp en een op een skid gemonteerde installatie, die eenvoudig te implementeren en snel te verplaatsen zijn, en geschikt zijn voor initiële marktverkenning of tijdelijke vraaggelegenheden.

Afhankelijk van de verschillende tankdrukniveaus kunnen waterstoftankstations worden onderverdeeld in 35 MPa waterstoftankstations, 70 MPa waterstoftankstations en 35 MPa + 70 MPa waterstoftankstations. 35MPa-waterstoftankstations bedienen doorgaans zware waterstofvrachtwagens, moddervrachtwagens, bussen en logistieke voertuigen. 70 MPa-waterstoftankstations bedienen brandstofcelvoertuigen die zijn uitgerust met 70 MPa hogedruk-waterstofopslagflessen, vooral personenauto's. Het gemengde drukniveau van +35MPa+70MPa waterstoftankstations kan voldoen aan de behoeften van voertuigen met twee drukken tegelijk, waardoor waterstoftankstations meer flexibiliteit krijgen en ervoor wordt gezorgd dat waterstoftankstations zich kunnen aanpassen aan een breder scala aan markten voor waterstofvoertuigen.

2.1 Membraancompressor

De membraancompressor comprimeert gas door een heen en weer bewegend metalen membraan. De voordelen zijn dat het gas volledig geïsoleerd is van de zuiger en er geen sprake is van olievervuiling. De membraanholte heeft een statische afdichting met een lage lekkagesnelheid. Het gas komt rechtstreeks in contact met het einddeksel en de metalen diafragmagroep en vormt een goed warmteoverdrachtseffect, waardoor een zeer hoog volumerendement en eenvoudig onderhoud en bediening kunnen worden bereikt. Het nadeel van de membraancompressor is dat deze niet willekeurig kan worden gestart of gestopt, de compressor enigszins trilt en dat er een speciaal ontwerpfundament vereist is. Vanwege de hoge doorvoer, het lage energieverbruik en de lage koelvereisten is bewezen dat het zeer effectief is in waterstoftoepassingen en wordt het meestal gebruikt in vaste waterstoftankstations die langdurig gebruik en hoge eisen aan de waterstofzuiverheid vereisen.

2.2 Vloeistofaangedreven zuigercompressor

De vloeistofaangedreven zuigercompressor is een proces waarbij de hydraulische olie de zuiger van het hydraulische cilinderlichaam aandrijft, waardoor de zuiger van de gascompressiekamer die op dezelfde zuigerstang is geïnstalleerd, heen en weer beweegt, waardoor het proces van gasaanzuiging en -uitlaat wordt gerealiseerd. Het voordeel is dat door het gebruik van hydraulische aandrijving zonder beweging van de krukasdrijfstang, deze zich kan aanpassen aan frequente start-stopomstandigheden, de compressiefrequentie laag is en de trillingen klein zijn en de eisen aan de compressorfundament niet hoog zijn.

Het nadeel van de vloeistofaangedreven zuigercompressor is dat de eentrapscompressor laag is, de koelvereisten hoog zijn en dat er onvermijdelijk slijtage zal optreden tijdens de heen en weer gaande beweging van de zuiger, waardoor stofdeeltjes de zuiverheid van de waterstof verontreinigen, en de lekkage is groter dan die van de membraancompressor. De onderdelen van de zuigercilinder zijn groot van formaat en complex om te repareren en te vervangen. Omdat de kosten ervan zijn aangepast aan frequente start-stop-omstandigheden en lage eisen stellen aan de fundering van de apparatuur, wordt het meestal gebruikt in op een skid gemonteerde waterstoftankstations of mobiele waterstoftankstations die geen langdurig gebruik vereisen.

2.3 Vloeistofaangedreven membraancompressor

De vloeistofaangedreven membraancompressor maakt gebruik van een eentraps compressieschema met dubbel membraan en een aandrijfschema met "hydraulische pomp + roterende omkeerklep". Het voordeel is dat de hydraulische pomp de hydraulische olie aandrijft in plaats van dat de traditionele zuiger en krukas-drijfstang de hydraulische olie aandrijven, waardoor de zuigerconstructie, het krukas-drijfstangmechanisme, de krukas en andere mechanische transmissieonderdelen worden verminderd, en de lay-out is meer compact.

Het combineert de voordelen van hoge afdichting en olievrije vervuiling van membraancompressoren en de voordelen van vloeistofaangedreven zuigercompressoren bij aanpassing aan frequent starten en stoppen. Het nadeel van de vloeistofaangedreven membraancompressor is dat de noodzaak om twee membraankoppen te gebruiken het risico op membraanbreuk vergroot, en dat de druk van de hydraulische oliepomp hoger moet zijn dan de uitlaatdruk, die hoge eisen stelt aan de afdichtingsprestaties van het oliecircuit. Momenteel is de vloeistofaangedreven membraancompressor vergelijkbaar met de vloeistofaangedreven zuigercompressor en wordt deze voornamelijk gebruikt in op skids gemonteerde hydrogeneringsstations of mobiele hydrogeneringsstations. De gemeenschappelijke specificaties en parameters van de vloeistofaangedreven membraancompressor zijn vergelijkbaar met die van de membraancompressor.

3. Conclusie

Waterstofcompressoren voor waterstoftankstations hebben grote vooruitgang geboekt op het gebied van cilinderinhoud, werkdruk, onderhoudscyclus en specifiek vermogen, en hebben de technische kloof met buitenlandse producten voortdurend verkleind. Binnenlandse waterstofcompressoren hebben geleidelijk buitenlandse producten vervangen. Uit de hierboven genoemde typische voorbeelden van waterstoftankstations hebben membraancompressoren en vloeistofaangedreven compressoren relatief goede bedrijfsresultaten behaald in hun respectieve toepassingsscenario's. De 90 MPa vloeistofaangedreven compressor voor huishoudelijk gebruik is met succes ontwikkeld, maar er zijn nog geen commerciële toepassingsgevallen. Er is nog steeds een grote kloof tussen compressietechnologieën zoals hogedrukzuigercompressoren, ionische vloeistofcompressoren en metaalhydridecompressoren en buitenlandse compressoren. Technologie-iteratie en markttesten zijn belangrijke ontwikkelingsrichtingen in de toekomst.

In de huidige bouwfase moeten compressoren voor waterstoftankstations zich richten op de volwassenheid van het gebruik, de waterstofcompressieverhouding, de stabiliteit van de werkomstandigheden en de daadwerkelijke werking van het project. In de scenario’s van off-site waterstofproductie vaste waterstoftankstations en on-site waterstofproductie waterstoftankstations kunnen als eerste membraancompressoren worden gebruikt. In de scenario’s van skid-mounted waterstoftankstations en 90 MPa waterstoftankstations waarbij de vulfrequentie relatief laag is en veelvuldig starten en stoppen vereist is, kan voorrang worden gegeven aan vloeistofgedreven compressoren.