氢能观察：氢气隔膜压缩机

我国加氢站数量位居世界第一，已经建设超过250座加氢站。作为连接储氢与用氢之间的重要一环，近两年我国加氢站建设速度逐步提升，中国石化力争成为“中国第一氢能公司”，宣布在“十四五”时期将建成1000座加氢站。
加氢站由卸氢系统、增压系统、储氢系统和加氢系统组成。卸气系统主要是由运输氢气的长管拖车和卸气柱组成，通过卸气柱将长管拖车上的氢气卸载。在整个加氢站中，最核心的设备是氢气压缩机、高压储氢罐、氢气加注机。其中，氢气压缩机作为实现氢气增压的设备，其性能和耐久性直接决定着加氢站的规模和后期维护成本。

隔膜式压缩机的工作原理是由电动机驱动曲轴转动，曲轴推动连杆，由连杆推动活塞做往复运动，从而活塞利用液压油对隔膜进行驱动，隔膜沿周边由两限制板夹紧并组成气缸，隔膜由液压驱动在气缸内往复运动，从而实现对气体的压缩和输送。其与液驱式压缩机的不同点主要是活塞和气体之间加入了液油和隔膜，增加了密封性好，进一步降低了“碳”与气的接触，洁净度极高。而其缺点与活塞式类似，也仅用于中小排量和高压的工况。较先进的压缩机排气压力可达 100 MPa，流量为 200 Nm3/h~700 Nm3/h，效率可达80% ～ 85%。其中三层金属隔膜结构压缩机输出压力超过85 MPa，多级压缩最高排气压力可达 400 MPa。适用于平均日加氢量较大且需要连续运营的加氢站。

氢气压缩机目前占建设总成本的30%，是加氢站建设降低成本的关键。由于氢气具有密度低、能量密度小的特点，氢气压缩机必须要具备承压大、流量大、安全和密封性好的特质，尽可能的追求较少的能源损耗，目前国内加氢站较多采用的是活塞式和隔膜式压缩机。

我国最早的氢气压缩机是上世纪六十年代由上海精业机器厂生产的氢气压缩机，8台大型红旗牌氢气压缩机用于液氢工程。上世纪开始，我国开始引进隔膜式压缩机，现在国内亦有不少厂家生产隔膜压缩机，但关键零部件仍然依赖进口。目前在高压领域国产化技术成熟度和竞争力较差，国外技术成熟度相对较高。国产化面临的难题主要是隔膜压缩机本身材料在高压下的耐受度，以及隔膜本身的寿命。国内隔膜压缩机市场主要由美国PDC占据，该公司研发的设备日进气量在5~2500kg范围，最大排出压力为48.2MPa~103.4MPa。由于隔膜式压缩机成本较高，而在燃料电池车和加氢站大规模推广阶段，成本问题直接决定了加氢站氢气压缩机的选型。

即便氢气隔膜压缩机在国内已有很长历史，但此前一直引进国外技术，国产化尚属空白。近几年，国内氢气隔膜压缩机市场才有动作。2018年4月4日，由江苏恒久机械股份有限公司自主研发制造的国内首台商业化运营加氢站用氢气隔膜压缩机组正式交付客户。

2022年3月1日，《加氢站用隔膜压缩机安全使用技术规范》正式发布，该规范是中国首次发布实施的氢气隔膜压缩机的安全技术规范。

《加氢站用隔膜压缩机安全使用技术规范》规定了加氢站用氢气金属隔膜压缩机在设计、制造、安装及使用方面的安全要求。特别是对加氢站氢气隔膜式压缩机的安装及使用提出了具体的安全要求。
氢气压缩机是加氢站的关键单体设备，关系着加氢站建设的核心技术。对于日益增长的加氢站市场而言，氢气隔膜压缩机正走在彻底实现国产化的“破局”之路上，国内丰电金凯威、中鼎恒盛、金星股份等企业已经有所成果，期待未来的氢气隔膜压缩机市场能有更大的水花。在燃料电池汽车蓬勃发展的同时，国内加氢站建设必将如火如荼，届时氢气压缩机更将有巨大竞争。

参考文献：
刘玮,董斌琦,刘子龙,冯仰敏,张谦,陈珏,许壮,何广利. 加氢站氢气压缩机技术装备开发进展[J]. 装备制造技术,2021(12):246-250.