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加氫站用離子壓縮機項目落地 西交大與捷特漫研究院合作

  【壓縮機網】浙江捷特漫研究院與西安交通大學戰略合作共同推進科技成果轉化落地

  目錄

  01基本信息

  02項目概況

  03經驗總結

  基本信息

  項目名稱:氫燃料電池汽車加氫站用離子壓縮機

  項目類型:高端裝備及智能制造

  項目概況

  項目簡介:

  本項目提供一種用于氫燃料電池汽車加氫站氫氣增壓的新型壓縮機(離子壓縮機)技術和成套產品裝置。如圖1所示,其主要構成部件包括:若干個用于壓縮氫氣的氣缸、一個多頭高壓液體、液體換向與管路系統、離子液分離回收裝置。其核心技術特征在于使用了一種具有特殊物理化學性質的液體(離子液)充注到氣缸中,并在液壓活塞驅動下進行氣體的壓縮,離子液由高壓液體驅動進入氣缸并循環使用。離子液幾乎不可壓縮,也不溶解和污染氫氣,還具有良好的潤滑和冷卻特性,因此離子壓縮機解決了傳統活塞壓縮機高壓下密封與潤滑的難題,并具有良好的寬工況適應能力和高效的壓縮過程,還適于設計成大排量機型,很好解決了其他幾種型式壓縮機存在的弊端。離子壓縮機在一定程度上兼具了傳統活塞壓縮機、隔膜壓縮機、液驅活塞壓縮機的綜合優勢,并可降低能耗約20-30%,提高加氫站充注能力及運行可靠性,是未來加氫站氫氣增壓的良好解決方案。

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1 離子壓縮機結構原理示意圖

  技術優勢:

  1、解決了活塞式壓縮機高壓密封無法實現的難題,使活塞壓縮機的綜合優勢得以發揮。

  從供氣能力、工況適應能力、能達到的壓力、大供氣量等使用功能角度講,活塞壓縮機是滿足加氫站氫氣增壓的理想選擇,但目前其高壓密封在世界范圍內尚未較好解決,制約了其發展和使用。離子壓縮機使用離子液取代活塞進行氣體壓縮,利用液體良好的密封性回避了高壓接觸密封材料這一難題。同時,相比于固體活塞而言,因為液體可以流動到缸內余隙腔部位,因而極大減小了氣缸余隙容積,提高了氣缸容積利用率,大幅度增加了壓縮效率。

  2、解決了隔膜式壓縮機膜片壽命低維修周期短的問題。

  目前在加氫站領域應用最多的是隔膜壓縮機,其最大的不足是膜片壽命比較低,現階段只有500-2000小時。離子壓縮機沒有隔膜部件,也沒有活塞壓縮機的活塞環和填料等易損件,而離子液具有超強的穩定性,因此離子壓縮機具有超長的維護周期,也沒有需要頻繁更換的易損件,很好解決了壓縮機的長周期可靠運行問題。

  3、解決了液驅活塞式壓縮機工作頻率低占地大的問題。

  液驅活塞壓縮機也是為了解決隔膜壓縮機膜片壽命低而研發的一種產品,但其活塞工作頻率只能達到每分鐘十幾次,因此設備供氣能力比較小,相比而言尺寸和占地比較大。離子壓縮機可達到300~400次/分鐘的工作頻率,因此能實現較大供氣能力,適于未來大排量加氫站的商業化應用,這是現有的隔膜壓縮機、曲柄連桿活塞壓縮機、液驅活塞壓縮機都不具備的重要優勢。

  4、解決了氫氣的無污染潔凈壓縮問題。

  液驅活塞壓縮機和傳統的曲柄連桿式活塞壓縮機,在壓縮過程中都會造成潤滑(或液壓)介質污染被壓縮的氫氣。隔膜壓縮機不存在這個問題,但其關鍵零部件膜片的使用壽命目前尚未較好解決,嚴重制約了其使用。離子壓縮機使用離子液來壓縮氫氣,而離子液幾乎不揮發,也不存在接觸密封摩擦副的磨屑污染,因此能很好保證被壓縮介質的純度要求,維持質子交換膜燃料電池的電機反應效率。

  5、大幅度提升了壓縮效率降低壓縮過程能耗。

  影響壓縮機能耗的最關鍵因素是壓縮過程的冷卻效果,離子壓縮機在壓縮氣體的過程中,氣體直接與離子液接觸,產生的壓縮熱直接被冷卻效果良好的離子液帶走,離子液循環使用前首先進行外部冷卻,因此保證了氣體壓縮過程的良好冷卻,使得壓縮過程能耗最大程度得到控制,相比于其他形式的壓縮機約可降低綜合能耗20-30%,具有顯著的節能效果。

  市場前景及應用:

  鑒于氫能在世界能源轉型中的角色價值日益凸顯,世界主要發達國家均大力支持氫能產業發展,布局加氫站建設,中國加氫站產業也快速發展。截止2020年12月底,中國累計建成加氫站已超過110座,在建/擬建的加氫站數量達到167座。根據中國制造2025的相關規劃,中國預計在2025年實現加氫站配套基礎設施的完善。中國在《節能與新能源汽車路線》中提出,計劃在2030年達到1000座加氫站,預計對應加氫站投資達800億元,相關設備投資500億元,到2050年加氫站服務區覆蓋全國,氫燃料電池車輛保留量到達1000萬量。

  對于離子壓縮機,國際成熟在售產品僅德國林德公司一家,且在國外獲得廣泛應用。國內對于離子壓縮機的研究則剛起步。本項目產品若得以投產應用,價格將遠低于進口產品,可實現進口替代,填補國內市場空白,助力35/70MPa加氫站及其核心設備國產化的實現。

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  經驗總結

  該項目緊密契合當今世界和我國的能源產業、汽車產業發展方向,技術含量高,能良好解決當前市場痛點,未來市場空間極大。項目專家團隊屬于國內該領域的先行者,具有相當的市場競爭力。離子壓縮機國產化的成功實現,將有力地推進中國氫能基礎設施建設布局,促進我國汽車產業升級與能源結構轉型。同時該項目中使用的多項技術也適合向其他行業進行擴展,如液體活塞技術就可應用到液體儲能領域。

  綜上,該項目整體來看市場空間較大,符合行業的發展方向,市場上也未出現明顯的競爭者。如有合作意向可與浙江捷特漫研究院聯系。


標簽: 加氫離子壓縮機  

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