由加氢站进展情况可知,外资公司携先进的技术和装备开始抢占国内市场,国内加氢设备企业或自主研发或合作引进也纷纷加大投入,加氢技术进展与装备水平密不可分,加氢站的关键设备主要是加氢机、压缩机和储氢容器。其中压缩机占总成本较高(约30%),目前设备制造的发展方向主要是加速国产化进程,从而降低加氢站的建设成本,促进氢能产业链的发展。
国内近期建成或在建的加氢站主要采用高压储氢瓶组和高压储氢罐作为站内的固定储氢设施。高压储氢设施具有氢气储存和压力缓冲作用, 通过压力、温度等传感器对储存介质参数、安全状态等进行监测。加氢站氢气储存系统的工作压力越高或该工作压力与氢能汽车充氢压力差越大,将使氢能汽车充氢时间缩短;氢气储存系统工作压力的提高也会使氢气压缩机开启频繁度降低。高压储氢装置一般有两种方式,一种是用具有较大容积的气瓶,该类气瓶的单个水容积在600L~1500L之间,为无缝锻造压力容器;另一种是采用小容积的气瓶,单个气瓶的水容积在45L~80L。从成本角度看,大型储氢瓶的前期投资成本较高,但后期维护费用低,且安全性和可靠性较高。
图1 高压储氢设施
目前高压氢气加氢站常用的压缩机主要包括隔膜压缩机、液(气)驱增压泵和离子液压缩机。如图2所示,隔膜式压缩机是一种特殊结构的容积式压缩机,气缸内有一组膜片,缸盖和膜片之间所包含的空间构成气体压缩室,膜片的另一侧为油压室。油缸活塞往复运动,使膜片在油压与气体压力差和本身弹性变形力的作用下来回折动,周期性地改变气体压缩室的容积,进行对气体的压缩。
图2 隔膜压缩机
液驱柱塞式压缩机是采用大活塞驱动小活塞的方式,按照大活塞与小活塞的面积比将驱动压力同比例放大,将被增压介质增压。气动柱塞压缩机(简称“气动增压泵”)的原理与液驱柱塞式压缩机类似,只不过采用压缩空气作为驱动介质。
离子液压缩机的基本原理是使用一种特殊的几乎不可压缩的离子液替代传统压缩机中的活塞。如图3所示,气体在气缸中随着离子液的上下运动所产生的容积变化而被压缩。离子液是一种具有特殊物理及化学性质的盐分子。
图3 林德的IC-90
加氢机实现的基本功能是加气和计量功能,即在实现对车载储罐加注介质的同时,要显示单价、加气量、金额等。如图4所示,从外形上看,加氢机一般由机架、显示面板、压力表、挂线夹、软管、加气枪组成。加氢机的计量功能一般采用质量流量计来完成,实现加氢功能需要防爆电磁阀、气动球阀、泄漏 警器、防过充系统,控制系统有控制器、显示器。根据加注对象的不同,加氢机设置不同规格的加氢枪。如安亭加氢站设置TK16和TK25两种规格的加氢枪,最大加注流量分别为2kg/min和5kg/min。加注一辆轿车约用3-5分钟, 加注一辆公交车约需要10-15分钟。
图4 加氢机
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