車用CNG充裝站生產工藝技術及設備組合優化探討

　　車用CNG作為汽車清潔能源已被國家和社會所認識，國內已進入全面推廣應用階段。但從全國已建設并投入運行的六十多座氣站來看，絕大部分經濟效益不理想，甚至還處于虧損狀態。因此，搞好氣站安全生產的同時，提高氣站經濟效益就顯得十分重要。

　　充裝站的經濟效益是由經濟規模確定的，而經濟光明卻靠先進工藝技術來實現，由生產設備去實施。因此，長期子生產設備優化組合問題是解決氣站經濟效益的前提和基礎

1、充裝站投資與回報率

　　在市場經濟中項目投資，首先考慮的投資回報率問題。氣站作為生產裝置投資項目，人們總是考慮它能投資省，建設快，裝置先進可靠，投資回報率高。從目前國內生產裝置水平及價格來分析，建設一個基本規模的充裝站，供雙燃料汽車300輛—500輛充裝，總投資約450萬元。項目希望能在3年—4年，最好能在3年收回投資，充分享受象四川省，重慶市等對氣站減免3年所得稅的優惠政策。因此，投資回報率希望值選在25%以上。事實上，CNG充裝站作為高新技術產業之一，已具備這樣的條件，著就提出市場是否認可，以及人們怎樣去實現希望的投資回報率。

2、經濟規模

　　按25%的投資回報率，經最適成本Copt分析，在目前原料天然氣價格0.733元/M3（標態下）及CNG氣體售價1.30元/立方米（標準狀態下）狀態下，計算出經濟規模為460萬M3/a（標準狀態下），即日產CNG氣體13000M3（標準狀態下）。這與四川省標準DB51/5031《車用壓縮天然氣充裝站建設技術規范》確定的充裝站規模中C120型基本相同詳見表1。

　　從表1可以得出，C120型氣站，壓縮機排氣量在1200立方米/小時（標準狀態下）。根據氣站生產特征，雙燃料車充裝氣集中在兩個高峰和一個高峰時段上，加上儲氣庫調峰后需補充的開機時間 ，壓縮機每天總開機時間為13小時，故得出實現經濟規模時，氣站壓縮機小時生產量為：

Q總=Vopt/H
式中：Q總：氣站壓縮機小時實現生產氣量，立方米/小時（標準狀態下）；
vOPT：氣站日生產CNG氣體經濟規模，Vopt=13000立方米/小時（標準狀態下）；
H：氣站壓縮機日開機總時間，小時，H=13小時/天
Q總=13000/13=1000立方米/小時（標準狀態下）

　　表1 DB51/5013標準充裝站規模

3、壓縮機生產組合優化

3.1 氣站使用壓縮機現狀

　　充裝站使用的天然氣增壓壓縮機，經十多年的應用實踐表明，國內生產V型和L型
壓縮機性能良好，能滿足CNG的生產，主要性能見表2。

表2 天然氣壓縮機主要性能

3.2 壓縮機組合生產方案

　　按壓縮機生產性能，圍繞氣站經濟規模的實現，各種組合方案見表3。

3.3 方案比較

　　方案比較用3個參數衡量及分析，即組合生產方案實現經濟規模系數K，單位經濟氣量
電耗E和生產適應性S來定義及表征。

（1）實現經濟規模參數K
K=Vopt/Qd

表3 充裝站壓縮機組合生產方案

注：1 壓縮機實際生產氣量取排氣量的95%計；2 再生氣消耗按40立方米/小時計算

式中：K：實現經濟規模系數；
Vopt：日經濟規模氣量，立方米/天，Vopt=13000立方米/天（標準狀態下）
Qd：壓縮機日實際生產氣量，立方米/天（標準狀態下）
K值的計算見表4。從投資上看，A、B2、C方案投資差不多，K值分別為1.04，1.16，和0.87。A方案與經濟規模匹配，B2方案則比經濟規模大，說明實際的生產能力偏大；C方按達不到經濟規模的要求。B1方案因少設一臺壓縮機而投資減少，但K值為00.91，仍不夠實現經濟規模。

（2）單位經濟氣量電耗E
E=P/Vopt
式中：E：單位經濟氣量電耗，KW.h/m3 （標準狀態下）。
P：壓縮機日耗電總量，KW.h/d
Vopt：充裝站日經濟規模氣量，立方米/天（標準狀態下）。
E值的計算見表4。A、B2方案生產立方米氣體電耗為0.26KWH和0.33KWH。B2方案比A方案電耗增加27%，年耗電增加3202萬KWH。

（3）生產適應性S
　　V型機生產負荷小，起動轉距小，適應氣站頻繁開機。L型生產負荷大一些，相對起動轉距大，頻繁起動時，設備磨損較大。

（4）投資的經濟性G
投資的經濟性從總投資和生產運行費用來衡量。生產費用包括電，水和機物料消耗，壓縮機維修費用，定員費用等。從CNG充裝的實際運行來看，經濟規模相當的氣站，人員，水和機物消耗料消耗 ，L型和V型壓縮機年維修費用，在運行兩年后基本相同。因此，只有電耗不相同，故投資經濟性G為：

G=T+C/V
式中：G：投資和相對運行經濟性表征數，元/立方米（標準狀態下）；
T：氣站總投資，T=450萬元；
C：年耗電費用，C=E*V——*J電價；
J電價：按平均電價計；J=0.45元/KWH。
計算結果見表4。

從表4可以得出，A和C方案投資經濟性為1.24元/立方米和1.31元/立方米（標準狀態下）。C方案投資經濟性比A方案增大6%，年增加費用14.5萬元。

表4 壓縮機生產組合方案比較（標準狀態下）

4、結論

綜上所述，CNG充裝站壓縮機組合優化選擇A方案為宜，即一臺L-2.11/3-250壓縮機，優點是：
（1）能滿足氣站實際經濟規模的需要，且與經濟規模配套；
（2）實現經濟規模的電耗低；
（3）生產運行中能耗費用低；
（4）對氣站間歇式頻繁開機適應性好。V型機用于頻繁開機，L型用于較大負荷生產；
（5）簡化建站初期建設，可按階段配置壓縮機臺數，從而減少投資，增強氣站與市場發展同步的適應性，使氣站從投運之日起，具有良好的經濟性；
（6）生產彈性大，車輛充氣高峰，3機生產和儲氣庫調峰，，能滿足****生產負荷需要。

　　中負荷時期，“一大一小”，即1臺L型機和1臺V型機組合生產，使生產平穩；過渡時期，則L型機，使生產連貫性較好。從而減少壓縮機的開機次數，提高壓縮機的正常運轉周期。

　　選擇A方案優點較多。雖然在管理上因使用多型壓縮機，導致在零配件管理和車間布置占地上增加了投入，但是對氣站的經濟效益影響甚小。A方案經德陽市天然氣總公司CNG充裝站實驗、示范站實施后，收到良好效果。1998年由四川省科委組織專家鑒定：裝置運行安全可靠、節能，各項技術指標在國內具有領先水平