Análise na seleção de compressores para diferentes tipos de estações de reabastecimento de hidrogênio

Análise na seleção de compressores para diferentes tipos de estações de reabastecimento de hidrogênio

1.Análise dos tipos de postos de abastecimento de hidrogênio

Dependendo da fonte de hidrogênio, estações de reabastecimento de hidrogênio pode ser dividido em estações de reabastecimento de hidrogénio no local e estações de reabastecimento de hidrogénio fora do local. As estações de reabastecimento de hidrogênio no local produzem hidrogênio diretamente na estação por meio de vários métodos (como eletrólise da água, reforma do gás natural, etc.) e, em seguida, reabastecem os veículos com células de combustível. Este método reduz o custo e a complexidade do transporte de hidrogênio. As estações de reabastecimento de hidrogénio externas obtêm hidrogénio de fornecedores externos, transportam-no para a estação em camiões-cisterna para armazenamento e depois reabastecem. Este método é mais comum, especialmente na fase inicial de construção de infraestruturas energéticas de hidrogénio.

De acordo com diferentes configurações de equipamentos, as estações de reabastecimento de hidrogênio podem ser divididas em estações fixas de reabastecimento de hidrogênio e estações de reabastecimento de hidrogênio montadas em skids. As estações fixas de abastecimento de hidrogénio são geralmente instalações de reabastecimento de hidrogénio de grande escala, construídas permanentemente, adequadas para áreas com grande e estável procura de hidrogénio. As estações de reabastecimento de hidrogênio montadas em skids são caracterizadas por um design modular e instalação montada em skids, que são fáceis de implantar e realocar rapidamente e são adequadas para a exploração inicial do mercado ou ocasiões de demanda temporária.

De acordo com os diferentes níveis de pressão de reabastecimento, os postos de abastecimento de hidrogénio podem ser divididos em postos de abastecimento de hidrogénio de 35 MPa, postos de abastecimento de hidrogénio de 70 MPa e postos de abastecimento de hidrogénio de 35 MPa + 70 MPa. As estações de reabastecimento de hidrogênio de 35 MPa geralmente atendem caminhões pesados de hidrogênio, caminhões de lixo, ônibus e veículos de logística. Os postos de abastecimento de hidrogénio de 70MPa servem veículos com células de combustível equipados com garrafas de armazenamento de hidrogénio de alta pressão de 70MPa, especialmente automóveis de passageiros. O nível de pressão misto dos postos de abastecimento de hidrogénio +35MPa+70MPa pode satisfazer as necessidades dos veículos com duas pressões ao mesmo tempo, proporcionando maior flexibilidade aos postos de abastecimento de hidrogénio e garantindo que os postos de abastecimento de hidrogénio se possam adaptar a uma gama mais ampla de mercados de veículos a hidrogénio.

2.1 Compressor de diafragma

O compressor de diafragma comprime o gás através de um diafragma metálico alternativo. As vantagens são que o gás fica completamente isolado do pistão e não há poluição por óleo. A cavidade da membrana adota uma vedação estática com baixa taxa de vazamento. O gás entra em contato direto com a tampa final e o grupo de diafragma metálico para formar um bom efeito de transferência de calor, que pode atingir uma eficiência de volume muito alta e manutenção e operação simples. A desvantagem do compressor de diafragma é que ele não pode ser iniciado ou parado à vontade, o compressor vibra levemente e é necessária uma base de projeto especial. Devido ao seu alto rendimento, baixo consumo de energia e baixos requisitos de resfriamento, provou ser muito eficaz em aplicações de hidrogênio e é geralmente usado em estações fixas de reabastecimento de hidrogênio que exigem operação de longo prazo e altos requisitos de pureza de hidrogênio.

2.2 Compressor de pistão acionado por líquido

O compressor de pistão acionado por líquido é um processo no qual o óleo hidráulico aciona o pistão do corpo do cilindro hidráulico, acionando o pistão da câmara de compressão de gás instalado na mesma haste para retribuir, realizando o processo de sucção e exaustão do gás. A vantagem é que, devido ao uso do acionamento hidráulico sem movimento da biela do virabrequim, ele pode se adaptar às condições freqüentes de partida e parada, e a frequência de compressão é baixa e a vibração é pequena, e os requisitos para a fundação do compressor não são altos.

A desvantagem do compressor de pistão acionado por líquido é que o compressor de estágio único é baixo, os requisitos de resfriamento são altos e o desgaste ocorrerá inevitavelmente durante o movimento alternativo do pistão, resultando em partículas de poeira contaminando a limpeza do hidrogênio, e o vazamento é maior que o do compressor de diafragma. As peças do cilindro do pistão são grandes e complexas para reparar e substituir. Como seu custo é adaptado às condições freqüentes de partida e parada e tem baixos requisitos para a fundação do equipamento, é geralmente usado em estações de reabastecimento de hidrogênio montadas em skids ou em estações móveis de reabastecimento de hidrogênio que não requerem operação de longo prazo.

2.3 Compressor de diafragma acionado por líquido

O compressor de diafragma acionado por líquido adota um esquema de compressão de diafragma duplo de estágio único e um esquema de acionamento "bomba hidráulica + válvula de reversão rotativa". A vantagem é que a bomba hidráulica aciona o óleo hidráulico em vez do tradicional pistão e biela que aciona o óleo hidráulico, reduzindo o conjunto do pistão, o conjunto do mecanismo da manivela, o virabrequim e outras peças de transmissão mecânica, e o layout é mais compactar.

Ele combina as vantagens da alta vedação e da poluição isenta de óleo dos compressores de diafragma e as vantagens dos compressores de pistão acionados por líquido na adaptação a partidas e paradas frequentes. A desvantagem do compressor de diafragma acionado por líquido é que a necessidade de usar duas cabeças de diafragma aumenta o risco de ruptura do diafragma e a pressão da bomba de óleo hidráulico precisa ser maior que a pressão de exaustão, o que apresenta altos requisitos para o desempenho de vedação do circuito de óleo. Atualmente, o compressor de diafragma acionado por líquido é semelhante ao compressor de pistão acionado por líquido e é usado principalmente em estações de hidrogenação montadas em skids ou estações de hidrogenação móveis. As especificações e parâmetros comuns do compressor de diafragma acionado por líquido são semelhantes aos do compressor de diafragma.

3.Conclusão

Os compressores de hidrogênio para estações de reabastecimento de hidrogênio fizeram grandes progressos em termos de deslocamento, pressão de trabalho, ciclo de manutenção e potência específica, e reduziram continuamente a lacuna técnica com produtos estrangeiros. Os compressores domésticos de hidrogênio substituíram gradualmente os produtos estrangeiros. A partir dos exemplos típicos de estações de reabastecimento de hidrogênio mencionados acima, os compressores de diafragma e os compressores acionados por líquido alcançaram resultados operacionais relativamente bons em seus respectivos cenários de aplicação. O compressor doméstico movido a líquido de 90 MPa foi desenvolvido com sucesso, mas ainda não há casos de aplicação comercial. Ainda existe uma grande lacuna entre as tecnologias de compressão, como compressores de pistão de alta pressão, compressores de líquido iônico e compressores de hidreto metálico, e os estrangeiros. A iteração tecnológica e os testes de mercado são importantes direções de desenvolvimento no futuro.

Na atual fase de construção, os compressores das estações de reabastecimento de hidrogénio devem concentrar-se na maturidade de utilização, na taxa de compressão do hidrogénio, na estabilidade das condições de trabalho e na operação real do projeto. Nos cenários de estações fixas de reabastecimento de hidrogênio de produção de hidrogênio fora do local e estações de reabastecimento de hidrogênio de produção de hidrogênio no local, os compressores de diafragma podem ser usados primeiro. Nos cenários de estações de reabastecimento de hidrogênio montadas em skids e estações de reabastecimento de hidrogênio de 90 MPa, onde a frequência de abastecimento é relativamente baixa e são necessárias partidas e paradas frequentes, os compressores acionados por líquido podem ter prioridade.