我國氫氣壓縮機發展探討及研判

我國最早的氫（qīng）氣壓縮機是上世紀六十年代由上海精業機器廠生產的氫氣壓縮機，8台大型紅（hóng）旗牌氫氣壓縮機用於（yú）液氫工程。1966年作者參與過該機（jī）的安裝。

2000年中外合資（zī）天津梅塞（sāi）爾凱德公司在滄州化工廠建廠，用氯化工的尾（wěi）氣回收氫氣，並淨化、壓縮、裝瓶。運到北京氣體公司，準備供2008年奧運會1/3氫氣汽車之需，後來由於氫氣（qì）儲存問題而停產。該項目配備有4台由無錫第二壓縮機廠（chǎng）提供的2列4級氫氣（qì）壓縮（suō）機（jī），作（zuò）者（zhě）時（shí）任公司技術（shù）總監，參與項目的研究建設等工作。

這種項目與大型液氫工程項目相比（bǐ）是小巫見大巫。

國內（nèi）用於（yú）煉油廠的大型氫氣壓縮機是由原沈陽氣體壓縮機開創的，為我國石化行業加氫（qīng）服務。開始有新（xīn）氫壓（yā）縮機，循環氫壓縮機，後（hòu）來沈陽鼓風機公司開發了離心循環氫壓縮機，可靠性（xìng）高，逐步取代了活塞式大型循環氫壓縮機。

小型氫氣壓縮機則是另一種情況。

與電動汽車幾乎同時發（fā）展的氫燃料汽車推動了小型氫氣壓縮機的發展，不少的壓縮機製造商在這一領（lǐng）域（yù）開始發力。

1 氫燃料電池汽車的發展，促進了氫氣壓縮機（jī）的振興

作為給氫燃料電池汽車提供氫氣的基礎設施，加氫站的數量也在不斷（duàn）增長。

最早的氫氣加注（zhù）站也許可以追溯到1980年代位於美國Los Alamos的加氫站，當時（shí）美國阿拉（lā）莫斯國家實驗室為（wéi）了驗證液態氫氣作為（wéi）燃料的可行性而建（jiàn）造了該站，之後越來越多的加氫站逐漸建成（chéng）。據（jù）FuelCell Today統計，截至2006年，全（quán）球範圍內建成的加氫站（zhàn）已達140多座，北（běi）美新建加氫站數量在全世界新建（jiàn）加氫站中的比重增大，發展更為迅速。同時除德國外，其（qí）它歐洲地區也加快了氫（qīng）能基礎設施的（de）研究建設步伐。美國處於（yú）規劃中的加氫站有40多座，占絕大多數，挪威、意大利和加拿大這三個國家也均有5-7座加氫站處於規劃之中，

2018年9月28日，武漢（hàn）首批氫燃料電池動力公交車在中國光穀武漢東湖新技術（shù）開發區359路（lù）公交線路試運行，武漢首座加氫站同步啟用，標（biāo）誌著武漢市氫燃料電池動力公交車全麵進入商（shāng）業化示範運行新階段。

濰柴也早早布局了氫能動力，並已經取得了豐碩成（chéng）果（guǒ）。2018年，濰（wéi）柴全麵啟動燃料電池產業園建設項目，建成（chéng）了兩萬套級產能的燃料電池發動機及電堆生產線，是（shì）目前全球最大的氫燃料電池發動機製造基地。2019年以來，濰柴先後在山東濰坊、聊城、濟寧、濟（jì）南等地批量投放氫燃料電池公交車。在濰（wéi）柴的助力下，山東省建（jiàn）設了6座加氫站，7條公（gōng）交運營專（zhuān）線，陸續投放氫燃料（liào）電池公交車超過200輛，累計（jì）運行達130萬公裏，是全球氫燃料公交線路最密集的區域之一。濰柴也由（yóu）此成為了全球氫燃料電池商用車區域性示範投放產品最多的企業之一。目前濰（wéi）柴集團（tuán）已經建立（lì）起“單電池-電（diàn）堆-發動機-整車”的氫燃料商用車全產業鏈。

2020年7月30日，廣州市發展改革委官網對外發布《廣州市氫能產業發（fā）展規劃（2019-2030）》（簡稱“《規劃》”）。《規劃》中提出，到2022年，環衛領域新增、更換車輛中燃料電池汽車占（zhàn）比不低於10%；公交（jiāo）、物流、工（gōng）程（chéng）服務（wù）、倉儲、港口等領域燃料電池汽車示（shì）範運行不低於3000輛。建（jiàn）設綠色氫電綜合調峰示範應（yīng）用電站1座，建成加氫站不少於30座。氫能產業實現產值預計200億元以上。

到（dào）2025年（nián），培育廣州氫（qīng）能及燃（rán）料電池（chí）相關企業超過100家。公交、環衛領域燃料電池汽車占比不低於30%。建設綠色氫電綜合調峰電站4座，建成加氫站不少於50座。氫能產業實現產值預計600 億元以上。到2030年，建設綠色氫電綜合調峰電站不低於10座，建成（chéng）加氫站100座以上。氫能產業實現產值預計2000億元以上。

目前，濰坊市已建成兩（liǎng）座加氫站和一座加氫加氣合建站，另有兩座（zuò）正在建設，預計2021年6月底建成，屆時濰坊將再新增日加氫能力（lì）1500公斤。濰坊市區上線運行氫動力公（gōng）交車輛（liàng）100餘輛（liàng），累計運（yùn）行裏程近100萬公裏，積累了豐富的車輛（liàng）運行數（shù）據，為車（chē）輛不（bú）斷（duàn）改進和發展提供了大量的基礎參數，為推（tuī）動城市公交係統助力新舊動能（néng）轉換作出（chū）了積極貢獻。近期（qī），山東省政府新聞辦舉行新聞發布會，解讀《山東省氫能產業中長期發展規（guī）劃(2020-2030年（nián）)》並（bìng）回（huí）答記者提問。山東省住建廳副廳長（zhǎng）周（zhōu）善東介紹（shào），按照（zhào）山（shān）東省加氫站建設（shè）規劃目標，到2022年（nián）要累計建成加氫站30座，目前全省在運加氫站6座。周善東表示，目前正在（zài）組織製定《山東省加氫站技術導則》和《山東省（shěng）加氫站建（jiàn）設運營管理辦法》，主要包括（kuò）加氫（qīng）站設計、建設管理相關技術要求、加氫站審批（pī）流程等有關內容（róng）。

由（yóu）此可以（yǐ）看出我（wǒ）國加氫站布局（jú）的一角。可（kě）以看出氫氣壓縮機的潛力。

2 氫（qīng）氣壓縮機占加氫站投資的30%

氫氣壓縮機目前占（zhàn）建設總（zǒng）成本（běn）的30%，是加氫（qīng）站建設降低成本的關鍵。由於氫氣具有密度低、能量密度（dù）小（xiǎo）的特點，氫氣壓縮機必須要具（jù）備承壓大（dà）、流量大、安全和密封性好的特質（zhì），盡可能（néng）的追求較少的能源損耗，目前國內加氫站較（jiào）多采（cǎi）用的是活塞式和隔膜（mó）式壓縮機。

1）國際上活塞（sāi）式壓縮機的輸出壓力可達到100MPa，流（liú）量為300Nm3/h。其中，HydroPac公司（sī）研製的壓縮機輸出壓力為85.9MPa，流量為430kg/h，較（jiào）為成熟。國內亦有幾家壓縮機製造商生產這種壓縮機。

2）我國從上世紀開始（shǐ）引進隔膜式（shì）壓縮機，現在國內亦有不少廠家生產隔膜壓縮機，除V型機外，亦有大型的對稱平衡型隔膜壓縮機。缺點與活塞式類似，也僅（jǐn）用於中小排量和（hé）高（gāo）壓的工況（kuàng）。較先進的壓（yā）縮機排氣壓（yā）力（lì）可達100MPa，流（liú）量為200～700Nm3/h，效率可達80%～85%。其中美國的三層金屬隔膜結構壓縮機輸出壓力（lì）超過85MPa。國內的該類壓縮機壓力僅有45MPa，且流量較小，實際的示範應（yīng）用中故障率較高，同時87.5MPa壓力等級壓縮機還處於試樣（yàng）階段，關鍵部件（jiàn）仍依賴進口。

3）線性壓縮機直接將電磁力轉化為活塞往複運動的驅動力，能（néng）量使用效率較高，且結構簡單省去了大量的支撐部件，經濟性潛力較大。美國為實現其DOE指定的提效、降本目標，已開始研製86～95MPa、氣體排量高於112Nm3/h、效率超過73%的線性壓（yā）縮機（jī）。該類（lèi）壓縮機尚未有應用實例，但其是未來壓縮機成本降低的一個方（fāng）向（xiàng）。西安交通大學在上世紀亦（yì）有碩士（shì）研究生在加強研究這種壓（yā）縮機。

4）2016年（nián）2月22日，林德（韓（hán）國）與韓國領先的（de）綠色發展公司Energy & Marine Solution Co. Ltd（以下簡稱“EM”）簽署了一份合作協議，以（yǐ）推進（jìn）在韓國的加氫站業務開發項目，並通過合作增加公司（sī）的業務競爭力。該協議將兩大（dà）公司的優勢與能力強強聯合（hé），以合作的（de）形式提供整體解決方案，其（qí）深遠意義不言而喻。EM與林德（韓國）的合作已（yǐ）初見成效，雙方共同開（kāi）發（fā）的新型（xíng）KGS氫測試站使EM最近榮獲了一個獎項。在KGS的測試中心，林德（韓國）與（yǔ）EM Solution各展（zhǎn）所長，由林德（韓國）提（tí）供離（lí）子壓縮機技術並負責氫氣供應，而EM Solution則負責加氫（qīng）站（zhàn）的建設與維護工（gōng）作。

離子液體壓縮機采用低熔點鹽代替活塞，使用壽命長（zhǎng）、比活塞式可節省20%能耗。目前林德集（jí）團研製的該類壓縮（suō）機從最初的500個零件降低為8個，成本已大幅降低，應用到加氫站（zhàn）的離子液（yè）體壓縮機排氣壓力為45～90MPa、流量為90～340Nm3/h，效率65%以上，最高的（de）排氣壓力可達（dá）100MPa，排量為376～753Nm3/h。

離子壓縮機在某些方麵顯示了作為（wéi）加氫站壓縮機的特（tè）點。

該技術目前已獲專利。與金屬活塞壓縮的不同之處在於，本解決方案采用一種離子液體，通過其上下運動（dòng）對氫氣進行壓縮。此（cǐ）液體由定製鹽分子組成，其特（tè）殊的（de）理化屬性能夠防止其與氫氣混合。此外，因壓縮所產生的熱量能夠通過氣缸直接散熱，而金屬活塞的散熱必須通過熱交換才能實（shí）現。

目前，林德已為100多家加氫站提供此先進技術，在全球市場份額（é）中位居第一。林德（韓國）今（jīn）年有望為當地政府機（jī）構供應兩台（tái）離子壓縮機產（chǎn）品，公（gōng）司將通過供應高質量的加氫站產品，積極響應韓國政府降低碳排放量（liàng）的政策量。

林德（韓國）市場開（kāi）發經理Changyeol Choi表（biǎo）示：“我們非常榮幸能夠與EM Solution建立互補（bǔ）性的合作關係，EM Solution在（zài）韓國擁有豐（fēng）富的建設經驗，將兩大公司的優勢（shì）與資源相結合，十分有利於強化韓國加氫市（shì）場的發展。”

林德展出的離子壓縮機可通過5級壓縮對氣態（tài）氫進（jìn）行壓縮，壓縮以（yǐ）後氫（qīng）氣被輸送至下遊使用（yòng），通過（guò）加氫槍為燃（rán）料電池車加注。該（gāi）離子壓縮機最高壓力90MPa，具有集約、高效等特點。

3 氫氣來源決定著氫氣壓縮機的未來發展潛力

氫氣壓縮機的（de）發展依賴於氫氣來源。

我國氫氣主要（yào）來源於煉鋼廠尾氣、焦爐（lú）煤氣（66%）、氯堿工業副產氫、51吃瓜网、甲醇、液氨重整。焦爐煤氣中含硫量較高，會引（yǐn）起催化劑中毒從而（ér）減少電堆壽命，加裝（zhuāng）脫硫裝置會大（dà）幅增加係統成本，因此目前氫燃料電池的氫氣主要來源於（yú）氯堿（jiǎn）工業副（fù）產氫。

正如本文開始提到的氯化（huà）工氫氣回收那樣，目前我國氯堿副產氫產能約76萬噸/年，完（wán）全可滿足目前氫（qīng）燃料電池汽車需求，疊加51吃瓜网、甲醇、液氨裂解（jiě）的氫氣產能，合計278萬噸/年，可供68萬輛氫燃（rán）料電池汽車使用，其（qí）中氯堿副產氫（qīng）即可供（gòng）應19萬輛汽車的氫氣需（xū）求，因此短期內氯堿副（fù）產氫（qīng）能完全滿足氫氣（qì）用量。

隨著未（wèi）來氫燃料電池汽車的快速增長，遠期氫氣供應依然不（bú）足，電解（jiě）水製氫有望成為未來氫氣生產的主要來源。電解水製氫目前唯一缺（quē）點是耗電量大導致成本過高，約在2.5～3.5元/Nm3之間，而氯堿副產氫氫氣成本僅1.3～1.5元/Nm3。電解水製氫成本（běn）來源主要是電耗，能耗水平約（yuē）為（wéi）4.5～5.5kWh/Nm3，能效在72%～82%之間，成（chéng）本相當於30～40元/kg，用電解法生產氣（qì）態氫的價格比汽油約高65%，如果生產（chǎn）液態氫，則比汽油高（gāo）約260%以上。

基於（yú）光伏發電、風電和水電調峰需要大（dà）量（liàng）蓄電池，用電解法生產氣態氫也是一種調峰（fēng）的（de）重要手段（duàn），其經（jīng）濟價值較高，未來將是氫氣的重要應用來源領域之一。

來源：氫能觀察