Análisis sobre la selección de compresores para diferentes tipos de estaciones de servicio de hidrógeno

Análisis sobre la selección de compresores para diferentes tipos de estaciones de servicio de hidrógeno

1.Análisis de tipos de estaciones de servicio de hidrógeno.

Dependiendo de la fuente de hidrógeno, estaciones de servicio de hidrógeno Se puede dividir en estaciones de repostaje de hidrógeno in situ y estaciones de repostaje de hidrógeno externas. Las estaciones de servicio de hidrógeno in situ producen hidrógeno directamente en la estación mediante diversos métodos (como electrólisis del agua, reformado de gas natural, etc.) y luego repostan vehículos de pila de combustible. Este método reduce el costo y la complejidad del transporte de hidrógeno. Las estaciones de servicio de hidrógeno externas obtienen hidrógeno de proveedores externos, lo transportan a la estación en camiones cisterna para su almacenamiento y luego lo repostan. Este método es más común, especialmente en la etapa inicial de construcción de infraestructura de energía de hidrógeno.

Según las diferentes configuraciones de los equipos, las estaciones de servicio de hidrógeno se pueden dividir en estaciones de servicio de hidrógeno fijas y estaciones de servicio de hidrógeno montadas sobre patines. Las estaciones fijas de repostaje de hidrógeno suelen ser instalaciones de repostaje de hidrógeno de construcción permanente y a gran escala, adecuadas para zonas con una demanda de hidrógeno grande y estable. Las estaciones de servicio de hidrógeno montadas sobre patines se caracterizan por un diseño modular y una instalación montada sobre patines, que son fáciles de implementar y reubicar rápidamente, y son adecuadas para la exploración inicial del mercado o para ocasiones de demanda temporal.

Según los diferentes niveles de presión de repostaje, las estaciones de repostaje de hidrógeno se pueden dividir en estaciones de repostaje de hidrógeno de 35 MPa, estaciones de repostaje de hidrógeno de 70 MPa y estaciones de repostaje de hidrógeno de 35 MPa+70 MPa. Las estaciones de servicio de hidrógeno de 35 MPa suelen dar servicio a camiones pesados, camiones de basura, autobuses y vehículos logísticos de hidrógeno. Las estaciones de servicio de hidrógeno de 70 MPa dan servicio a vehículos de pila de combustible equipados con botellas de almacenamiento de hidrógeno de alta presión de 70 MPa, especialmente turismos. El nivel de presión mixta de las estaciones de servicio de hidrógeno de +35MPa+70MPa puede satisfacer las necesidades de vehículos con dos presiones al mismo tiempo, proporcionando una mayor flexibilidad para las estaciones de servicio de hidrógeno y garantizando que las estaciones de servicio de hidrógeno puedan adaptarse a una gama más amplia de mercados de vehículos de hidrógeno.

2.1 Compresor de diafragma

El compresor de diafragma comprime gas a través de un diafragma metálico alternativo. Las ventajas son que el gas está completamente aislado del pistón y no hay contaminación por aceite. La cavidad de la membrana adopta un sello estático con baja tasa de fuga. El gas entra en contacto directamente con la cubierta del extremo y el grupo de diafragma metálico para formar un buen efecto de transferencia de calor, que puede lograr una eficiencia de volumen muy alta y un mantenimiento y operación sencillos. La desventaja del compresor de diafragma es que no se puede arrancar ni detener a voluntad, el compresor vibra ligeramente y se requiere una base de diseño especial. Debido a su alto rendimiento, bajo consumo de energía y bajos requisitos de refrigeración, se ha demostrado que es muy eficaz en aplicaciones de hidrógeno y generalmente se utiliza en estaciones fijas de repostaje de hidrógeno que requieren un funcionamiento a largo plazo y requisitos de alta pureza del hidrógeno.

2.2 Compresor de pistón accionado por líquido

El compresor de pistón accionado por líquido es un proceso en el que el aceite hidráulico impulsa el pistón del cuerpo del cilindro hidráulico, impulsando el pistón de la cámara de compresión de gas instalado en el mismo vástago del pistón para realizar un movimiento alternativo, realizando el proceso de succión y escape de gas. La ventaja es que debido al uso de accionamiento hidráulico sin movimiento de la biela del cigüeñal, puede adaptarse a condiciones frecuentes de arranque y parada, la frecuencia de compresión es baja y la vibración es pequeña, y los requisitos para la base del compresor no son altos.

La desventaja del compresor de pistón accionado por líquido es que el compresor de una sola etapa es bajo, los requisitos de enfriamiento son altos e inevitablemente se producirá desgaste durante el movimiento alternativo del pistón, lo que dará como resultado partículas de polvo que contaminan la limpieza del hidrógeno y la fuga es mayor que la del compresor de diafragma. Las piezas del cilindro de pistón son de gran tamaño y complejas de reparar y reemplazar. Debido a que su costo se adapta a condiciones frecuentes de arranque y parada y tiene bajos requisitos de base de equipo, generalmente se usa en estaciones de servicio de hidrógeno montadas sobre patines o en estaciones de servicio de hidrógeno móviles que no requieren una operación a largo plazo.

2.3 Compresor de diafragma accionado por líquido

El compresor de diafragma accionado por líquido adopta un esquema de compresión de doble diafragma de una sola etapa y un esquema de accionamiento de "bomba hidráulica + válvula de inversión rotativa". La ventaja es que la bomba hidráulica impulsa el aceite hidráulico en lugar del tradicional pistón y biela-cigüeñal que impulsa el aceite hidráulico, lo que reduce el conjunto del pistón, el conjunto del mecanismo de biela-cigüeñal, el cigüeñal y otras piezas de transmisión mecánica, y el diseño es más compacto.

Combina las ventajas del alto sellado y la contaminación libre de aceite de los compresores de diafragma y las ventajas de los compresores de pistón accionados por líquido para adaptarse a arranques y paradas frecuentes. La desventaja del compresor de diafragma accionado por líquido es que la necesidad de utilizar dos cabezales de diafragma aumenta el riesgo de rotura del diafragma y la presión de la bomba de aceite hidráulico debe ser mayor que la presión de escape, lo que tiene altos requisitos para el rendimiento del sellado del circuito de aceite. En la actualidad, el compresor de diafragma impulsado por líquido es similar al compresor de pistón impulsado por líquido y se utiliza principalmente en estaciones de hidrogenación montadas sobre patines o en estaciones de hidrogenación móviles. Las especificaciones y parámetros comunes del compresor de diafragma accionado por líquido son similares a los del compresor de diafragma.

3.Conclusión

Los compresores de hidrógeno para estaciones de servicio de hidrógeno han logrado grandes avances en términos de cilindrada, presión de trabajo, ciclo de mantenimiento y potencia específica, y han reducido continuamente la brecha técnica con los productos extranjeros. Los compresores de hidrógeno nacionales han ido reemplazando gradualmente a los productos extranjeros. De los ejemplos típicos de estaciones de servicio de hidrógeno mencionados anteriormente, los compresores de diafragma y los compresores impulsados por líquido han logrado resultados operativos relativamente buenos en sus respectivos escenarios de aplicación. Se ha desarrollado con éxito el compresor doméstico impulsado por líquido de 90 MPa, pero aún no existen casos de aplicación comercial. Todavía existe una gran brecha entre las tecnologías de compresión, como los compresores de pistón de alta presión, los compresores de líquido iónico y los compresores de hidruro metálico, y las extranjeras. La iteración tecnológica y las pruebas de mercado son direcciones de desarrollo importantes en el futuro.

En la etapa de construcción actual, los compresores de las estaciones de servicio de hidrógeno deben centrarse en la madurez de uso, la relación de compresión del hidrógeno, la estabilidad de las condiciones de trabajo y la operación real del proyecto. En los escenarios de estaciones de repostaje de hidrógeno fijas para producción de hidrógeno fuera del sitio y estaciones de repostaje de hidrógeno para producción de hidrógeno en el sitio, se pueden utilizar primero compresores de diafragma. En los escenarios de estaciones de servicio de hidrógeno montadas sobre patines y estaciones de servicio de hidrógeno de 90 MPa donde la frecuencia de llenado es relativamente baja y se requieren arranques y paradas frecuentes, se puede dar prioridad a los compresores impulsados por líquido.