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強(qiáng)健國產(chǎn)氫氣隔膜壓縮機(jī)“軟肋”

   【壓縮機(jī)網(wǎng)】日益增長的燃料電池汽車市場需要一個強(qiáng)大的加氫站網(wǎng)絡(luò),但目前國內(nèi)加氫站建設(shè)進(jìn)程依然緩慢,其中一個重要原因在于加氫站設(shè)備主要依賴進(jìn)口,導(dǎo)致成本高昂。
  加氫站的主要設(shè)備包括儲氫裝置、壓縮設(shè)備、加注設(shè)備、站控系統(tǒng)等,其中氫氣壓縮機(jī)占總成本約30%-40%。所以壓縮機(jī)的國產(chǎn)化對降低加氫站建設(shè)成本作用非常大,如果其價(jià)格降低30%-50%,相當(dāng)于整個加氫站成本降低15%-20%。
  氫氣壓縮機(jī)主要有液壓活塞式氫氣壓縮機(jī)、離子壓縮機(jī)、隔膜式氫氣壓縮機(jī)等類型,每種類型有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。
  離子壓縮機(jī)“Ionic Compressor”是由林德公司技術(shù)人員與全球第三大汽車生產(chǎn)商戴姆勒克萊斯勒公司合作,歷經(jīng)4年開發(fā)的一種使用離子液體作為液體活塞的氣體壓縮技術(shù)。從本質(zhì)上來說,其可以視為活塞壓縮機(jī)的一種。離子液體本身幾乎不可壓縮,并且?guī)缀鯖]有蒸汽壓,替代金屬活塞可以在等溫條件下產(chǎn)生高壓,并且能長期服役而無需維護(hù),從而節(jié)省能耗。此外,離子壓縮機(jī)構(gòu)造簡單,相比于普通壓縮機(jī),其所需零部件由500減少為8個。目前,奧地利Wien Energie公司和德國BMW公司已將林德公司的新技術(shù)分別用于天然氣加氣站和氫能供應(yīng)站。不過,由于其技術(shù)難度較大,暫無更大規(guī)模的推廣和應(yīng)用。
  隔膜式壓縮機(jī)是一種特殊結(jié)構(gòu)的容積式壓縮機(jī),它用膜片將壓縮介質(zhì)與油液分開。隔膜式壓縮機(jī)因其特殊的結(jié)構(gòu),壓縮介質(zhì)不與任何潤滑劑接觸,氣缸不需要潤滑,密封性能非常好,因此可以壓縮純度極高的氣體,適用于壓縮、輸送稀有氣體。另外,對于腐蝕性強(qiáng),有放射性、有毒、易爆的氣體,也特別適宜采用較高隔膜壓縮機(jī)。隔膜壓縮機(jī)氣缸散熱良好,可采用較高的壓縮比,因而它的壓力范圍較廣,可以達(dá)到300MPa。氫氣分子直徑小、易泄露、易燃易爆,使用時(shí)又需要其純度高,基于隔膜式壓縮機(jī)的特點(diǎn),它特別適用于壓縮高純氫氣。國內(nèi)隔膜式壓縮機(jī)常見的結(jié)構(gòu)型式有對稱平衡式和對置式、角度式、立式等。
  相較而言,隔膜壓縮機(jī)具有散熱性能好、密封性能優(yōu)、不污染壓縮介質(zhì)、適合壓縮純度極高、危險(xiǎn)性大氣體等特點(diǎn),在國內(nèi)加氫站中的應(yīng)用更為廣泛。
  目前,國內(nèi)大部分加氫站采用PDC隔膜壓縮機(jī)。PDC成立于1977年,是一家由家族成員進(jìn)行經(jīng)營管理的私人企業(yè)。時(shí)至今日,PDC公司的經(jīng)營管理已傳承至第二代家族成員。四十多年來,公司一直專注于研發(fā)生產(chǎn)工業(yè)隔膜式氣體壓縮機(jī)。
  PDC早在20多年前開始涉足氫氣隔膜壓縮機(jī),彼時(shí)氫能還未真正發(fā)展起來,其做了很多的示范項(xiàng)目、科研項(xiàng)目,積累了較為豐富的經(jīng)驗(yàn)。截至目前,受限于行業(yè)發(fā)展進(jìn)程緩慢(目前全球建成運(yùn)行的加氫站才300多座),PDC共累計(jì)銷售400多臺氫氣隔膜壓縮機(jī),這個數(shù)字相對于漫長的時(shí)間來說不算多,但相對于同行而言已經(jīng)是非常大的規(guī)模。PDC占據(jù)著全球氫氣隔膜壓縮機(jī)約70%-75%市場份額。
  眾所周知,當(dāng)前國內(nèi)加氫站建設(shè)處于發(fā)展初級階段,加氫站設(shè)計(jì)、系統(tǒng)優(yōu)化、運(yùn)營管理等一系列環(huán)節(jié)都有待完善。在此背景下,加氫站建設(shè)一定要注重安全問題,因?yàn)橐坏┌l(fā)生安全事故會對整個產(chǎn)業(yè)的傷害很大。所以加氫站建設(shè)方往往傾向應(yīng)用成熟且得到驗(yàn)證的產(chǎn)品,以充分保障安全。而目前氫氣隔膜壓縮機(jī)成熟且經(jīng)過充分驗(yàn)證的廠家少,所以PDC的優(yōu)勢大。
  目前PDC在國內(nèi)有兩種銷售模式,一是從美國工廠發(fā)貨整套設(shè)備,二是提供核心壓縮模塊給國內(nèi)授權(quán)成橇商,由他們來進(jìn)行系統(tǒng)集成。后者方式可以節(jié)省約30%成本,所以國內(nèi)企業(yè)更傾向于后者,但即便如此,整個設(shè)備成本依然偏高。
  為了推動加氫站的快速建設(shè)及氫能產(chǎn)業(yè)鏈的健全發(fā)展,氫氣隔膜壓縮機(jī)國產(chǎn)化迫在眉睫。然而,國產(chǎn)氫氣隔膜壓縮機(jī)仍然面臨著幾大難題:
  1、國內(nèi)現(xiàn)有壓縮機(jī)制造商多數(shù)僅能生產(chǎn)用于石油、化工領(lǐng)域的工業(yè)氫氣壓縮機(jī),輸出壓力均在30MPa以下,無法滿足加氫站技術(shù)要求;2、少數(shù)企業(yè)開始布局氫氣隔膜壓縮機(jī),但產(chǎn)品不夠成熟,缺乏充分的驗(yàn)證;3、有些國內(nèi)隔膜壓縮機(jī)也許在技術(shù)層面上并不存在太大的問題,但核心零部件大多數(shù)需要外購,例如設(shè)備內(nèi)部的各種門及壓力傳感器等;4、基于成本及規(guī)避規(guī)范等考慮,目前國內(nèi)加氫站大多沒有設(shè)緩沖罐,同時(shí)壓縮機(jī)頻繁啟停影響壽命。
 
  一名隔膜壓縮機(jī)企業(yè)高層表示,對于金屬隔膜壓縮機(jī)而言,能夠24小時(shí)連續(xù)不斷的工作是比較可靠的,但受制于每天前來加氫的車輛較少,加氫站運(yùn)營商基于對運(yùn)營成本的考量并不會讓機(jī)器持續(xù)工作,而金屬隔膜壓縮機(jī)最忌諱頻繁啟停,每天的啟停次數(shù)決定了隔膜壓縮機(jī)的壽命,其中影響最大的是其中的金屬膜片。這其實(shí)對于進(jìn)口壓縮機(jī)而言,也是一大難題。
  值得慶幸的是,雖然面臨多重困難,國內(nèi)仍然有企業(yè)在氫氣隔膜壓縮機(jī)領(lǐng)域奮起直追,也取得不錯的成果,比如北京中鼎恒盛氣體設(shè)備有限公司、北京天高隔膜壓縮機(jī)有限公司、江蘇恒久機(jī)械股份有限公司等。
  中鼎恒盛成立于2008年,公司專注于供應(yīng)各種氣體隔膜壓縮機(jī)產(chǎn)品并提供技術(shù)服務(wù)、備品備件。2014年,中鼎恒盛在安徽省蕪湖市成立了中鼎恒盛氣體設(shè)備(蕪湖)有限公司。該公司是較早一批進(jìn)入氫能產(chǎn)業(yè)的企業(yè)之一。
 
強(qiáng)健國產(chǎn)氫氣隔膜壓縮機(jī)“軟肋”
 
  截至目前,國內(nèi)多個加氫站有應(yīng)用中鼎恒盛產(chǎn)品,包括武漢雄眾、安徽明天氫能、佛山荔村、上海金山化工園區(qū)等加氫站。其中中鼎恒盛的兩臺45MPa隔膜壓縮機(jī)已于2018年10月份開始在武漢雄眾加氫站運(yùn)行,設(shè)備的噪音、排氣溫度、振動及流量等各項(xiàng)指標(biāo)都能夠達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn),設(shè)備運(yùn)行至今情況良好。
  北京天高創(chuàng)建于2001年4月,主要從事隔膜壓縮機(jī)產(chǎn)品研究開發(fā)及制造,在高壓領(lǐng)域擁有豐富的經(jīng)驗(yàn)。公司自2005年涉足氫能領(lǐng)域,為國內(nèi)首個國產(chǎn)加氫站(北京綠能公司)提供隔膜壓縮機(jī),產(chǎn)品連續(xù)運(yùn)行時(shí)間最長;參與國家科技部環(huán)保新能源“863”計(jì)劃中的汽車加氫項(xiàng)目,產(chǎn)品運(yùn)用在國內(nèi)近十座加氫站的項(xiàng)目上。
  恒久機(jī)械前身是中國人民解放軍第6414工廠,主要從事隔膜式壓縮機(jī)設(shè)計(jì)、研發(fā)、制造,主營業(yè)務(wù)產(chǎn)品為標(biāo)準(zhǔn)化與非標(biāo)準(zhǔn)化隔膜式壓縮機(jī)。為搶占?xì)淠馨l(fā)展機(jī)遇,恒久機(jī)械自2016年開始研發(fā)生產(chǎn)氫氣隔膜壓縮機(jī),應(yīng)用于供氣系統(tǒng)和加氫站,已經(jīng)在國內(nèi)有所應(yīng)用。
  2018年4月4日,由江蘇恒久機(jī)械股份有限公司自主研發(fā)制造的國內(nèi)首臺商業(yè)化運(yùn)營加氫站用氫氣隔膜壓縮機(jī)組正式交付客戶。經(jīng)測試,各項(xiàng)技術(shù)性能指標(biāo)均滿足客戶需求,為目前國內(nèi)加氫站最大排量的隔膜壓縮機(jī)。
  國內(nèi)已建加氫站大多為示范站,加氫能力低于200公斤/臺天的加氫量,而中國未來商業(yè)化運(yùn)營加氫站的需求為400公斤/臺天至1000公斤/臺天的加氫能力。該次交付客戶的隔膜壓縮機(jī)為400至500公斤/臺天的加氫量,可滿足加氫站商業(yè)化運(yùn)營需求。目前,公司已形成完整開發(fā)高壓壓縮機(jī)產(chǎn)品梯隊(duì),具備與國內(nèi)外同類產(chǎn)品競技的能力。未來恒久機(jī)械將與高院校緊密合作,研發(fā)大排量,壓力高達(dá)90MPa的高壓氫氣隔膜機(jī),實(shí)現(xiàn)加氫站用隔膜壓縮機(jī)組的國產(chǎn)化。
 

標(biāo)簽: 軟肋氫氣隔膜  

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