Analyse de la sélection des compresseurs pour différents types de stations de ravitaillement en hydrogène

Analyse de la sélection des compresseurs pour différents types de stations de ravitaillement en hydrogène

1.Analyse des types de stations de ravitaillement en hydrogène

Selon la source d'hydrogène, stations de ravitaillement en hydrogène peuvent être divisés en stations de ravitaillement en hydrogène sur site et en stations de ravitaillement en hydrogène hors site. Les stations de ravitaillement en hydrogène sur site produisent de l'hydrogène directement sur place par différentes méthodes (telles que l'électrolyse de l'eau, le reformage du gaz naturel, etc.), puis ravitaillent les véhicules à pile à combustible. Cette méthode réduit le coût et la complexité du transport de l’hydrogène. Les stations de ravitaillement en hydrogène hors site obtiennent de l'hydrogène auprès de fournisseurs externes, le transportent jusqu'à la station par camions-citernes pour le stockage, puis font le plein. Cette méthode est plus courante, en particulier au stade initial de la construction d’infrastructures énergétiques à hydrogène.

Selon différentes configurations d'équipement, les stations de ravitaillement en hydrogène peuvent être divisées en stations de ravitaillement en hydrogène fixes et en stations de ravitaillement en hydrogène montées sur skid. Les stations de ravitaillement en hydrogène fixes sont généralement des installations de ravitaillement en hydrogène à grande échelle, construites en permanence, adaptées aux zones où la demande en hydrogène est importante et stable. Les stations de ravitaillement en hydrogène sur châssis se caractérisent par une conception modulaire et une installation sur châssis, faciles à déployer et à déplacer rapidement, et adaptées à l'exploration initiale du marché ou aux occasions de demande temporaire.

Selon les différents niveaux de pression de ravitaillement, les stations de ravitaillement en hydrogène peuvent être divisées en stations de ravitaillement en hydrogène de 35 MPa, stations de ravitaillement en hydrogène de 70 MPa et stations de ravitaillement en hydrogène de 35 MPa + 70 MPa. Les stations de ravitaillement en hydrogène de 35 MPa desservent généralement les camions lourds à hydrogène, les camions de déblais, les bus et les véhicules logistiques. Les stations de ravitaillement en hydrogène 70MPa desservent les véhicules à pile à combustible équipés de bouteilles de stockage d'hydrogène haute pression 70MPa, en particulier les voitures particulières. Le niveau de pression mixte des stations de ravitaillement en hydrogène +35MPa+70MPa peut répondre aux besoins des véhicules avec deux pressions en même temps, offrant une plus grande flexibilité pour les stations de ravitaillement en hydrogène et garantissant que les stations de ravitaillement en hydrogène peuvent s'adapter à un plus large éventail de marchés de véhicules à hydrogène.

2.1 Compresseur à membrane

Le compresseur à membrane comprime le gaz à travers un diaphragme métallique alternatif. Les avantages sont que le gaz est complètement isolé du piston et qu’il n’y a pas de pollution par l’huile. La cavité membranaire adopte un joint statique avec un faible taux de fuite. Le gaz entre directement en contact avec le couvercle d'extrémité et le groupe de diaphragmes métalliques pour former un bon effet de transfert de chaleur, ce qui permet d'obtenir une efficacité volumique très élevée et une maintenance et un fonctionnement simples. L'inconvénient du compresseur à membrane est qu'il ne peut pas être démarré ou arrêté à volonté, le compresseur vibre légèrement et une base de conception spéciale est requise. En raison de son débit élevé, de sa faible consommation d'énergie et de ses faibles besoins de refroidissement, il s'est avéré très efficace dans les applications d'hydrogène et est généralement utilisé dans les stations de ravitaillement en hydrogène fixes qui nécessitent un fonctionnement à long terme et des exigences élevées en matière de pureté d'hydrogène.

2.2 Compresseur à piston entraîné par liquide

Le compresseur à piston entraîné par liquide est un processus dans lequel l'huile hydraulique entraîne le piston du corps du cylindre hydraulique, entraînant le piston de la chambre de compression de gaz installé sur la même tige de piston à effectuer un mouvement alternatif, réalisant ainsi le processus d'aspiration et d'échappement des gaz. L'avantage est qu'en raison de l'utilisation d'un entraînement hydraulique sans mouvement de bielle du vilebrequin, il peut s'adapter aux conditions de démarrage et d'arrêt fréquentes, et la fréquence de compression est faible et les vibrations sont faibles, et les exigences relatives à la fondation du compresseur ne sont pas élevées.

L'inconvénient du compresseur à piston entraîné par liquide est que le compresseur à un étage est faible, les besoins de refroidissement sont élevés et une usure se produira inévitablement pendant le mouvement alternatif du piston, ce qui entraînera des particules de poussière contaminant la propreté de l'hydrogène, et la fuite est supérieure à celle du compresseur à membrane. Les pièces du cylindre-piston sont de grande taille et complexes à réparer et à remplacer. Parce que son coût est adapté aux conditions de démarrage et d'arrêt fréquentes et qu'il nécessite peu de fondations d'équipement, il est généralement utilisé dans les stations de ravitaillement en hydrogène montées sur patins ou dans les stations de ravitaillement en hydrogène mobiles qui ne nécessitent pas un fonctionnement à long terme.

2.3 Compresseur à membrane entraîné par liquide

Le compresseur à membrane entraîné par liquide adopte un schéma de compression à un étage à double membrane et un schéma d'entraînement « pompe hydraulique + vanne d'inversion rotative ». L'avantage est que la pompe hydraulique entraîne l'huile hydraulique au lieu du piston traditionnel et de la bielle manivelle entraînant l'huile hydraulique, ce qui réduit l'ensemble piston, l'ensemble mécanisme manivelle-bielle, le vilebrequin et d'autres pièces de transmission mécanique, et la disposition est plus compact.

Il combine les avantages d'une étanchéité élevée et d'une pollution sans huile des compresseurs à membrane et les avantages des compresseurs à piston à entraînement liquide en s'adaptant aux démarrages et arrêts fréquents. L'inconvénient du compresseur à membrane entraîné par liquide est que la nécessité d'utiliser deux têtes de membrane augmente le risque de rupture de la membrane et que la pression de la pompe à huile hydraulique doit être supérieure à la pression d'échappement, ce qui impose des exigences élevées en matière de performances d'étanchéité du circuit d'huile. À l'heure actuelle, le compresseur à membrane entraîné par liquide est similaire au compresseur à piston entraîné par liquide et est principalement utilisé dans les stations d'hydrogénation montées sur patins ou dans les stations d'hydrogénation mobiles. Les spécifications et paramètres communs du compresseur à membrane entraîné par liquide sont similaires à ceux du compresseur à membrane.

3.Conclusion

Les compresseurs d'hydrogène pour les stations de ravitaillement en hydrogène ont fait de grands progrès en termes de cylindrée, de pression de service, de cycle de maintenance et de puissance spécifique, et ont continuellement réduit l'écart technique avec les produits étrangers. Les compresseurs d'hydrogène nationaux ont progressivement remplacé les produits étrangers. À partir des exemples typiques de stations de ravitaillement en hydrogène mentionnés ci-dessus, les compresseurs à membrane et les compresseurs à liquide ont obtenu des résultats de fonctionnement relativement bons dans leurs scénarios d'application respectifs. Le compresseur domestique à entraînement liquide de 90 MPa a été développé avec succès, mais il n'existe pas encore de cas d'application commerciale. Il existe encore un grand écart entre les technologies de compression telles que les compresseurs à piston haute pression, les compresseurs de liquides ioniques et les compresseurs à hydrure métallique et les technologies étrangères. L’itération technologique et les tests de marché sont des orientations de développement importantes à l’avenir.

Dans la phase de construction actuelle, les compresseurs des stations de ravitaillement en hydrogène devraient se concentrer sur la maturité d'utilisation, le taux de compression de l'hydrogène, la stabilité des conditions de travail et le fonctionnement réel du projet. Dans les scénarios de stations de ravitaillement en hydrogène fixes de production d'hydrogène hors site et de stations de ravitaillement en hydrogène de production d'hydrogène sur site, les compresseurs à membrane peuvent être utilisés en premier. Dans les scénarios de stations de ravitaillement en hydrogène montées sur patins et de stations de ravitaillement en hydrogène 90 MPa où la fréquence de remplissage est relativement faible et des démarrages et arrêts fréquents sont nécessaires, les compresseurs entraînés par liquide peuvent être donnés en priorité.