14 三月 2023
氢能经济并非遥不可及的乌托邦式未来愿景，而是日益成为现实，一组工程师在最近的网络研讨会上指出。对此，压缩机行业在过去几个月里氢气压缩机的订单量明显增加。
“氢能经济不再是未来的事情了。我们现在就正在见证它，”TNO 项目经理 Lennert Buijs 在最近由欧洲往复式压缩机论坛组织的网络研讨会上说道。
欧洲氢气压缩研究中心（EFRC）近期发布了一份题为《氢气压缩：促进氢能经济发展》的白皮书，探讨氢气压缩技术在欧洲的发展。该中心近期举办了一场网络研讨会，详细介绍了这份白皮书的主要内容。
欧洲氢能研究中心（EFRC）的报告概述了氢能经济中使用的不同压缩系统的优势和相对劣势。该组织重点介绍了现有的氢气压缩技术以及欧洲支持向绿色氢能经济转型的最新进展。
白皮书和研讨会概述了可用于氢气压缩的各种压缩机类型，以及每种压缩机的相对优势和局限性。氢气价值链可分为三个部分：氢气生产、运输和储存以及氢气最终用途。价值链的每个环节都需要压缩。
氢气生产出来后，会被压缩并输送到运输系统。它可以输送到管道中，管道输送也需要压缩才能将氢气分子输送到另一个位置。氢气也可以用拖车运输，但拖车运输同样需要压缩——而且通常需要比管道运输更高的压力。
该报告指出，氢气行业需要压缩气体以储存在储罐或地下储气库中。无论采用哪种方式，储存都能缓解氢气生产和消费的间歇性问题。
氢气消费是价值链的第三个环节，根据应用的不同，也可能需要符合特定标准的压缩。氢气可用于发电、作为原料或作为车辆燃料。
欧洲正在推进多个氢能项目，旨在减少对碳氢化合物的依赖。“我们目前看到很多项目正在开发中，”最近一次网络研讨会的演讲者之一雷内·彼得斯说道。
欧盟在其绿色协议中将氢能和电力视为未来能源体系的重要组成部分。他表示，例如，在荷兰，大约有160个项目，到2030年最终将生产12吉瓦的绿色氢能。
荷兰也承诺建设一个氢气管道网络，该网络将与德国和比利时的类似网络以及近海地区相连。他表示，整个管道网络都需要压缩设备。
欧洲也需要压缩设备来满足日益增多的加氢站的需求，这些加氢站需要提供压力为350至700巴的高纯度氢气，用于为私家车或重型卡车提供燃料。德国目前已有93座加氢站，另有50座正在建设中。荷兰、比利时、丹麦、挪威和瑞士的加氢站数量也在不断增长。
“我们看到欧洲正在大规模推广氢气加注站，”布伊斯说。“我们正迅速看到西北欧地区氢燃料电池汽车和重型卡车实现全面覆盖。”
一些中游运营商正尝试利用盐穴和枯竭的天然气田进行大规模氢气储存。盐穴最多可储存250吉瓦的氢气。“储存对于保障市场至关重要。我们需要盐穴来确保供应安全，”他说道。
各种类型的压缩机
该论文和网络研讨会指出，氢气压缩机可用于多种用途，根据应用的不同，某些压缩机比其他压缩机更适用。该研究比较了各种压缩机的容量、可靠性、最终压力、气体纯度、效率、调节范围、脉动、振动和噪声等方面的性能。
往复式压缩机是最常见的压缩机之一，因为它们能够提供广泛的压力和容量。经过数十年在炼油厂的应用，它们拥有可靠的性能记录。它们通常用途广泛，能够很好地应对工艺条件的变化，并且可以高效地降低运行负荷。往复式压缩机可分为润滑式和非润滑式。
往复式压缩机的缺点之一是其易损件较多，需要定期维护和更换。每级压力比有限，通常需要多级才能将气体增压到更高的压力。此外，往复式压缩机还会产生脉动气流，这可能导致振动，需要加以控制。
往复式压缩机是氢气管道输送中最常用的压缩机。它们也常用于地下储氢，这种储氢方式通常需要200至300巴的压力。该应用的工况可能有所不同，氢气的注入和提取可能每天进行多次。
隔膜式和液压式压缩机是容积式机械，在氢气应用领域有着良好的应用记录。它们尤其适用于加氢站，因为它们能够确保气体的高纯度，并实现更高的单级压比。但它们也存在一些局限性：通常情况下，它们的容量低于往复式压缩机。此外，它们需要精心操作和定期维护，以确保最佳的可靠性。与更换液压式压缩机的部件相比，更换隔膜式压缩机的隔膜是一个相对耗时的过程。
螺杆压缩机是一种容积式压缩机，它通过两个旋转转子之间的传动装置来减少气体的体积。其优点之一是，与往复式压缩机相比，螺杆压缩机的运行速度通常更高，因此在相同占地面积下，其处理能力也更强。此外，螺杆压缩机的易损件较少，这意味着与往复式压缩机相比，其定期维护需求也更低。
然而，螺杆压缩机的容量低于活塞压缩机，并且由于其排气压力相对较低（通常在30至40巴之间），因此在氢气应用方面经验有限。此外，螺杆压缩机在出口侧会产生脉动，其频率通常高于活塞压缩机。
离心式压缩机利用叶轮加速和压缩气体。对于炼油厂加氢裂化装置等富氢应用而言，离心式压缩机被认为是一项成熟的技术。然而，研究发现，离心式压缩机并不适用于纯氢应用。
离心式压缩机可以高速运转，并且具有很高的制冷量，通常高于相同占地面积的活塞式压缩机。它们没有易损件，而且脉动远低于活塞式压缩机。
然而，它们的每级压力比非常低，效率点也有限。它们的设计运行环境是特定的。如果这些环境发生变化，效率就会下降。
“离心式压缩机在纯氢应用领域目前还没有非常有限的应用记录，”他说。
最后，会议还讨论了一些采用非机械原理的创新型氢气压缩概念，例如电化学压缩和金属氢化物压缩。尽管这些技术在成熟度和产能方面尚未达到传统机械压缩机的水平，但它们发展迅速，在特定的氢气应用领域具有明显的吸引力。
研发趋势
欧洲燃料电池研究中心（EFRC）注意到，许多原始设备制造商（OEM）正在大力投资氢能应用领域的研发。例如，提高出口压力已成为一种趋势，尤其对于纯氢所需的无润滑压缩机而言更是如此。
另一项研究趋势是间歇性启停后的可靠性。制造商正努力提高非恒定使用频率机器的可靠性。氢气加注站就是一个典型的例子，其中压缩机在车辆加注氢气时运行，加满后则停止运行。
另一个研究课题是混合压缩技术的可能性，旨在结合各种压缩机的相对优势。例如，一些行业正在研究将低级螺杆压缩机与高级往复式压缩机相结合。另一些行业则研究将低级压缩机与高级隔膜压缩机结合使用。这种技术组合通常可以在同一根轴上实现。
制造商们也在研究氢能系统中使用的各种设备之间的相互作用。例如，他们想知道往复式压缩机产生的脉动是否会损坏电解槽。“这些问题目前尚不明确，”荷兰应用科学研究组织（TNO）能源转型部门的伦纳德·范·利尔表示。
该研究最后得出了一些结论。氢气是脱碳过程中至关重要的要素。高效可靠的压缩技术对于氢气价值链的各个环节都至关重要。
为了应对激增的需求，制造商们正寻求提高产能和压力。此外，他们还在研究如何使设备在多种速度下高效运行，并在间歇性启停的情况下可靠运行。
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