车用CNG充装站生产工艺技术及设备组合优化探讨

　　车用CNG作为汽车清洁能源已被国家和社会所认识，国内已进入全面推广应用阶段。但从全国已建设并投入运行的六十多座气站来看，绝大部分经济效益不理想，甚至还处于亏损状态。因此，搞好气站安全生产的同时，提高气站经济效益就显得十分重要。

　　充装站的经济效益是由经济规模确定的，而经济光明却靠先进工艺技术来实现，由生产设备去实施。因此，长期子生产设备优化组合问题是解决气站经济效益的前提和基础

1、充装站投资与回报率

　　在市场经济中项目投资，首先考虑的投资回报率问题。气站作为生产装置投资项目，人们总是考虑它能投资省，建设快，装置先进可靠，投资回报率高。从目前国内生产装置水平及价格来分析，建设一个基本规模的充装站，供双燃料汽车300辆—500辆充装，总投资约450万元。项目希望能在3年—4年，最好能在3年收回投资，充分享受象四川省，重庆市等对气站减免3年所得税的优惠政策。因此，投资回报率希望值选在25%以上。事实上，CNG充装站作为高新技术产业之一，已具备这样的条件，着就提出市场是否认可，以及人们怎样去实现希望的投资回报率。

2、经济规模

　　按25%的投资回报率，经最适成本Copt分析，在目前原料天然气价格0.733元/M3（标态下）及CNG气体售价1.30元/立方米（标准状态下）状态下，计算出经济规模为460万M3/a（标准状态下），即日产CNG气体13000M3（标准状态下）。这与四川省标准DB51/5031《车用压缩天然气充装站建设技术规范》确定的充装站规模中C120型基本相同详见表1。

　　从表1可以得出，C120型气站，压缩机排气量在1200立方米/小时（标准状态下）。根据气站生产特征，双燃料车充装气集中在两个高峰和一个高峰时段上，加上储气库调峰后需补充的开机时间 ，压缩机每天总开机时间为13小时，故得出实现经济规模时，气站压缩机小时生产量为：

Q总=Vopt/H
式中：Q总：气站压缩机小时实现生产气量，立方米/小时（标准状态下）；
vOPT：气站日生产CNG气体经济规模，Vopt=13000立方米/小时（标准状态下）；
H：气站压缩机日开机总时间，小时，H=13小时/天
Q总=13000/13=1000立方米/小时（标准状态下）

　　表1 DB51/5013标准充装站规模

3、压缩机生产组合优化

3.1 气站使用压缩机现状

　　充装站使用的天然气增压压缩机，经十多年的应用实践表明，国内生产V型和L型
压缩机性能良好，能满足CNG的生产，主要性能见表2。

表2 天然气压缩机主要性能

3.2 压缩机组合生产方案

　　按压缩机生产性能，围绕气站经济规模的实现，各种组合方案见表3。

3.3 方案比较

　　方案比较用3个参数衡量及分析，即组合生产方案实现经济规模系数K，单位经济气量
电耗E和生产适应性S来定义及表征。

（1）实现经济规模参数K
K=Vopt/Qd

表3 充装站压缩机组合生产方案

注：1 压缩机实际生产气量取排气量的95%计；2 再生气消耗按40立方米/小时计算

式中：K：实现经济规模系数；
Vopt：日经济规模气量，立方米/天，Vopt=13000立方米/天（标准状态下）
Qd：压缩机日实际生产气量，立方米/天（标准状态下）
K值的计算见表4。从投资上看，A、B2、C方案投资差不多，K值分别为1.04，1.16，和0.87。A方案与经济规模匹配，B2方案则比经济规模大，说明实际的生产能力偏大；C方按达不到经济规模的要求。B1方案因少设一台压缩机而投资减少，但K值为00.91，仍不够实现经济规模。

（2）单位经济气量电耗E
E=P/Vopt
式中：E：单位经济气量电耗，KW.h/m3 （标准状态下）。
P：压缩机日耗电总量，KW.h/d
Vopt：充装站日经济规模气量，立方米/天（标准状态下）。
E值的计算见表4。A、B2方案生产立方米气体电耗为0.26KWH和0.33KWH。B2方案比A方案电耗增加27%，年耗电增加3202万KWH。

（3）生产适应性S
　　V型机生产负荷小，起动转距小，适应气站频繁开机。L型生产负荷大一些，相对起动转距大，频繁起动时，设备磨损较大。

（4）投资的经济性G
投资的经济性从总投资和生产运行费用来衡量。生产费用包括电，水和机物料消耗，压缩机维修费用，定员费用等。从CNG充装的实际运行来看，经济规模相当的气站，人员，水和机物消耗料消耗 ，L型和V型压缩机年维修费用，在运行两年后基本相同。因此，只有电耗不相同，故投资经济性G为：

G=T+C/V
式中：G：投资和相对运行经济性表征数，元/立方米（标准状态下）；
T：气站总投资，T=450万元；
C：年耗电费用，C=E*V——*J电价；
J电价：按平均电价计；J=0.45元/KWH。
计算结果见表4。

从表4可以得出，A和C方案投资经济性为1.24元/立方米和1.31元/立方米（标准状态下）。C方案投资经济性比A方案增大6%，年增加费用14.5万元。

表4 压缩机生产组合方案比较（标准状态下）

4、结论

综上所述，CNG充装站压缩机组合优化选择A方案为宜，即一台L-2.11/3-250压缩机，优点是：
（1）能满足气站实际经济规模的需要，且与经济规模配套；
（2）实现经济规模的电耗低；
（3）生产运行中能耗费用低；
（4）对气站间歇式频繁开机适应性好。V型机用于频繁开机，L型用于较大负荷生产；
（5）简化建站初期建设，可按阶段配置压缩机台数，从而减少投资，增强气站与市场发展同步的适应性，使气站从投运之日起，具有良好的经济性；
（6）生产弹性大，车辆充气高峰，3机生产和储气库调峰，，能满足最大生产负荷需要。

　　中负荷时期，“一大一小”，即1台L型机和1台V型机组合生产，使生产平稳；过渡时期，则L型机，使生产连贯性较好。从而减少压缩机的开机次数，提高压缩机的正常运转周期。

　　选择A方案优点较多。虽然在管理上因使用多型压缩机，导致在零配件管理和车间布置占地上增加了投入，但是对气站的经济效益影响甚小。A方案经德阳市天然气总公司CNG充装站实验、示范站实施后，收到良好效果。1998年由四川省科委组织专家鉴定：装置运行安全可靠、节能，各项技术指标在国内具有领先水平