0 引言
1 一般系统流程和配置
在市场初期,外供氢型加氢站使用较多,加注系统一般由以下部分组成：氢气供应源（长管拖车）,压缩机,站侧储罐（包括高压储罐、中压储罐等）,减压阀,预冷系统及加氢机。当然,除了加注系统,加氢站还包含控制系统和安全等系统,在此不做讨论。
根据加氢站的加注方式不同,产生了不同的系统流程和配置方式,见图2。
Fig. 2 Different types of refueling methods图2 不同类型加注方法 |
此外,在压缩机排气温度较高时,可能还会在压缩机进出口配置冷却系统。
2 加氢站系统流程和配置优化方法
2.1 长管拖车
加氢站长管拖车一般采用租用的形式,但是其参数配置和操作策略会影响运营成本。
长管拖车配置必须符合相关标准中关于尺寸及载荷要求,因此其有效载荷受到长管材料和压力制约。国内一般采用20 MPa钢制长管,而国外已经开发出更高的运输压力（50 MPa）[13]的长管。由于长管本身具有压力,REDDI等[18]提出采用长管拖车作为一级加注气源,以减少压缩能耗和高压储罐容积要求,降低成本。为进一步降成本,REDDI等[11]提出长管拖车压力整合技术,即在非高峰期间,用压缩机将氢气从低压长管转移到其他长管,加注时压缩机从较高压力长管进行吸气。吸气压力越高则氢气密度越大,相同质量流量所需压缩机尺寸越小,成本越低。结果显示对于450 kg/d的加氢站,压力整合可节约40%的加氢站成本。为延长长管使用寿命和节约阀门成本,REDDI等[19]进一步提出了两级压力整合技术——将长管拖车内的长管分为两级,只有第2级对第1级进行氢气补充。赵磊[20]进一步研究了不同的长管拖车操作策略、长管级数的影响,最后得出最佳的拖车分级数量为4,最优的拖车操作策略为采用当前压力最高的长管作为高压储罐的补气气源、采用当前压力最低的长管作为长管拖车的自增压气源、并采用当前压力最高的长管对车辆进行加注。
2.2 站侧储罐
站侧储罐配置方式,如级数、容积和压力,一起决定了站侧储罐氢气储量,不仅影响着压缩机尺寸,还影响着加氢过程取气质量分配和补氢过程的能耗。表1总结了学者们在站侧储罐配置方面的研究。
Table 1 Station side tank optimization methods表 1 站侧储罐优化方法 |
| 文献 | 目标 | 加氢站参数 | 对比范围 | 优化值（低—高） |
|---|---|---|---|---|
| [26] | / | 长管：18.3 MPa, 344 kg × 9 储罐：21.3 kg × 3 气瓶：35 MPa 加注：终止34.5 MPa | 压力：最大43 MPa 各级最低压力：13.8 MPa, 30.3 MPa,41.3 MPa | 成本计算,未做储罐优化 |
| [29] | 取气率 | 储罐：40 ~ 45 MPa,90 MPa,767 L × 9 气瓶：154 L 加注：初始2 MPa ;终止35/70 MPa | V2∶V1 = 0.5 ~ 1.5 V3∶V2 = 0.25 ~ 3.5 | 各储氢压力有多个最佳容积比,通用最佳容积比：4∶3∶2和2∶2∶1 |
| [30] | / | 气瓶：150 L,3.29 kg 加注：初始2 MPa;终止35 MPa | 储罐容积比：3∶2∶1 储罐压力：42 MPa、45 MPa、70 MPa和42 MPa、70 MPa、70 MPa | 多目标控制优化,不做储罐优化 |
| [18] | 最小成本/利用率 | 长管：35 MPa,8 000 L×4 储罐：95 MPa,255 L 气瓶：5 kg,129 L,IV型 加注：初始2 MPa;终止70 MPa | 16组比值：10组三级,各级储罐数变化;6组为4 ~ 9级配置 |