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标准盖一座加氢站
双击自动滚屏 发布者:zq1229 发布时间:2019/4/13 21:08:58 阅读:260次 【字体:
 

 

标准盖一座加氢站需要做什么 

何广利 — 中国氢能联盟专家委员会委员,国家能源集团北京低碳清洁能源研究所氢能技术开发部经理、高工,常年从事加氢站设计开发及技术研究。
3月26日,财政部新能源补贴政策中明确支持充电(加氢)基础设施“短板”建设和配套运营服务。今年两会上,“推动充电、加氢等设施建设”被列入《政府工作报告》修改后的正式文本中。
据不完全统计,中国已建、在建加氢站达33座(多数仅供示范车辆加注使用,暂未实现全商业化运营。)但从全球范围来看,我国加氢站建设才刚刚起步。

近日,国家能源集团北京低碳清洁能源研究所为广东省佛山市南海区的加氢站提供了其自主研发的加氢站控制系统和加氢机系统,这是低碳所在氢能产业领域迈出的重要一步。

本期【氢专家】栏目邀请了低碳所氢能专家何广利从专业角度介绍了用最低成本、最高标准盖一座加氢站需要做什么。
第一步:看标准

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第二步:定等级

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氢气加氢站等级划分是依据《加氢站技术规范》GB50516的规定,按照储氢容量大小可分为一级、二级和三级。
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如果是加氢加油合建站的等级划分,则应符合下表的规定。
第三步:懂装备
 
加氢站的四大核心装备是氢气压缩机、高压储氢罐、加氢机和加氢站控制系统。
在整体工艺上,加氢站是通过外部供氢或站内制氢获得氢气后,在氢气压缩机的输送下进入高压储氢罐储存,最后通过加氢机(可能含有氢气冷却系统)为燃料电池汽车进行加注,加氢站控制系统则决定了上述设备之间的协调工作以及管路中阀门的开关和切换。
▍压缩机
压缩机是将来自氢源的氢气进行加压的装备,最高输出压力、氢气流量、电耗是其最重要的性能指标。因为燃料电池汽车用氢气品质要求高,因此要确保氢气在压缩的过程中不引入杂质而被污染。
从全球范围内来看,隔膜式压缩机、氢气增压泵、离子液体压缩机应用最多。隔膜式压缩机为了避免液压介质和氢气接触,采用薄的金属膜片将被压缩氢气与液压油完全分离并实现氢气压缩。氢气增压泵采用传统活塞结构,但是活塞与缸体之间的密封采用高分子耐磨材料,不使用润滑油,从而不会给氢气带来污染,同时采用活塞结构相较于金属膜片结构不需要严密的压差控制。离子液体压缩机是采用一种近零蒸气压的液体作为工质和润滑介质,实现氢气的无污染压缩。
 
▍高压储氢容器
提到高压储氢装置的设计,除了要考虑材料的强度以满足使用需要和安全需要外,还需要考虑材料疲劳性能和抗氢脆能力。目前国内加氢站高压储氢容器主要采用两种,一是45MPa长管气瓶;二是大容积全多层钢制高压储氢容器。 
高压储氢容器是在加氢站内配备高压大容量的固定式储氢装置,可以实现在短时间内给车辆加满氢气。另外,储氢瓶组作为缓冲装置还可以避免压缩机的频繁启动,优化氢气加气站的操作。加氢站的储氢装置,储氢压力和储氢容积以及分级压力和容积比等是其主要技术指标。为了配合35MPa和70MPa车载储氢装置,加氢站的高压储氢装置压力分别至少为45MPa和87.5MPa。
 
▍加氢机
 加氢机是燃料电池汽车加注氢燃料的核心设备,加氢机上配备有加氢抢、压力传感器、温度传感器、计量装置、加注控制装置、安全装置、软管等。若机-车实现通讯功能,则加氢枪还需配备红外数据接收模块。
需要重点关注的是,加氢机的基本功能是安全、快速加氢和精确计量功能,即在保障对车载储氢罐进行安全、快速加注氢气的同时,要准确计量加氢量、金额等。同时,一般还具有防雷、防静电等安全保护的功能,紧急拉断等安全功能。
若按照国际上公认SAE J 2601协议,氢气在加注前可能需经冷却系统预冷,最低冷却到零下40摄氏度。加氢机的计量功能一般均采用科氏质量流量计来完成,但由于氢气密度低,而加注压力又很高,实现加注过程中的精确计量并不容易。日本、德国、欧盟等均有支持关于加氢站计量相关项目。
加氢机目前主要有35MPa与70MPa两种。主要技术要求是做到加注过程不超温、不超压、同时时间尽可能短。
 
▍加氢站控制系统
站控系统主要功能是监测和控制站内的工艺设备、辅助系统设施,为全线优化管理提供监测和控制信息,主要功能包括对现场的工艺变量进行数据采集和处理、进而控制加氢站内主要设备的工作状态以及工作参数,监控各种工艺设备、辅助系统设施的运行状态、逻辑控制及联锁保护、打印生产报表及报警和事件报告等。站控系统与安防系统、气体与火焰探测及报警系统有连锁功能。
第四步:会设计

关于加氢站设计,作为国家能源集团投资建设的国内首个35MPa/70MPa双模国际标准加氢站(如皋)站控系统的设计开发方之一,何广利表示应从四个方面分别重点进行设计:安全等级、加注能力、氢气品质及加氢站的选址。
(1)安全等级
加氢站安全等级是由储氢罐容器储量决定,1000Kg总储氢量以内为三级加氢站,通常此储氢量是高压储氢的容量和一个长管拖车容量之和(加氢站内至少需要有一组长管用于和供氢长管拖车进行互换)。
(2)加注能力
先进的站控系统,对于氢气增压机、储氢容器、氢气冷却系统的选择、优化匹配尤为重要。加氢站的加注能力是由加氢机能力及加注算法、储氢罐储量、氢气压缩机排量、加氢站工艺控制、其他辅助系统(如氢气冷却系统)等因素决定,日加氢能力不是单一靠氢气压缩机排量计算的。
(3)氢气品质
气源的配送需要首先考虑氢气品质。氢气品质检测依据《质子交换膜燃料电池汽车用燃料 氢气》GB/T 37244-2018 和氢燃料电池氢气品质团体标准《质子交换膜燃料电池汽车用燃料氢气》(T/CECA-G 0015-2017)。因为以前国内对燃料电池汽车品质认识不多,因此目前国内具备上述检测能力的机构很少。
(4)加氢站选址
何广利认为,氢气加氢站的站址选择,应符合城镇规划、环境保护和节约能源、消防安全的要求,并应设置在交通方便的地方。
具体到加氢站等级,他表示,在城市建成区内不应建立一级氢气加氢站、一级加氢加气合建站和一级加氢加油合建站。 加油加氢站在按照GB50516加氢设计时,加油站标准要遵循GB50156汽车加油加气站设计与施工规范。设计思路:现有二级加油站,三级加油站中来选址考虑合建加氢站。
关于加氢站设计的思考
关于加氢站设计,何广利从专业角度给出了他的思考。
第一是关于站内高压储氢。他认为,加氢站内按照高压储氢无疑会增加加氢站的总成本,同时也增加了加氢站的面积需求,提高了安全需求。但是高压储氢是加氢站的蓄能器,没有高压储氢,则所谓的撬装加氢站(装置)只是一个被动的完全由氢气长管拖车的压力和压缩机排量决定的流量进行氢气加注,既达不到快速加注的目的,同时也不能符合国际上通用的加氢技术协议规定。因此,为了长远考虑,建议现有的加氢站设计都考虑高压储氢,至少要预留高压储氢的位置,以应对今后的需要。
第二是关于加氢站的工艺。他指出,加氢站中压缩机的排量、出口压力、启停时间、启停次数、高压储氢的容量,压力分级数,容量比、加氢机的加注协议、加氢机数量、车辆的类型、加注需求和频率等整体决定了如何选择优化的设备或者得到最佳的加注能力,且很难得到具有通用性的最优化的工艺。针对具体的加氢站,一定要根据具体的详细需求,设计加氢站的工艺并做好设备选型,以降低加氢站的总成本。

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