加氢站液驱压缩机黑马企业,探究康普锐斯的核心竞争力

2022-07-11


【摘要】:

案例研究背景

2016年以前中国建站数量较少,主要围绕体育赛事及重点示范配套建设,2016年后受国家和地方层面氢能相关政策驱动,中国加氢站建设数量逐年攀升,2021年全年建站数量上百座,中国一跃成为全球加氢站数量最多的国家。

加氢站建设步伐的加快,提振了加氢站核心装备市场的发展信心。压缩机作为加氢站的关键核心装备,成本约占加氢站设备成本的三分之一,压缩机作为核心动设备其电耗、性能、启停机、维修等方面都直接影响加氢站的运营,压缩机关系到加氢站运营成本及建设成本,因此压缩机市场变化与行业发展将深刻影响加氢站建设发展。

 

图1:中国历年加氢站建设

目前国内加氢站压缩机主要采用隔膜压缩机和液驱压缩机, 相比于隔膜压缩机,在相同条件下,液驱压缩机单机排量更大。随着国内加氢站的规模化商业用推广,目前日加注能力为500kg/d的加氢站,将难以满足商业化运营,这对压缩机单机排量提出更高要求。液驱压缩机提高排量的方式灵活多样,可以通过压力增大、行程拉长、速度加快等方式来实现;而隔膜压缩机需要通过增加膜头或者增大膜头的方式来实现,相对而言,成本更高或者技术难度更大。

隔膜压缩机的工作方式是电机直接驱动曲轴连杆,电机转动,曲轴连杆跟随转动,带动隔膜工作。隔膜压缩机不能带载启动,每次停机后,必须把膜腔内压缩气体排掉,空载启动,这使得加氢站压缩机的时间利用率降低。而液驱压缩机内压缩缸的运转和电机油泵的运转相隔离,可以带载启动,从而达到可以适应频繁启停的效果,提高工作效率。

加氢站压缩机市场装备方面,隔膜压缩机和液驱压缩机均在2018年出现爆发式增长,隔膜压缩机的增长速度高于液驱压缩机,并且一直处于正增长态势。液驱压缩机在2020年出现负增长,但在2021年扭转颓势,增长率超过110%。

液驱压缩机装备增长速度的峰回路转,从侧面说明液驱压缩机在当下经受住了市场的检验。未来,液驱压缩机与隔膜压缩机的市场格局,可能会出现更为胶着的竞争局面。

 

图2:隔膜/液驱压缩机市场增长速度

加氢站液驱压缩机装备情况发生变化的背后,是国内加氢站压缩机市场新势力的涌入。2020年青岛康普锐斯能源科技有限公司(以下称“康普锐斯”)首台设备进入市场后市场占有率稳步提升,在2021年加氢站液驱压缩机市场,康普锐斯市占率接近20%。新势力的涌入,使得加氢站压缩机市场有效竞争水平增强,有利于降低压缩机成本和加氢站的持续发展。

现全球范围内,液驱压缩机的缸结构设计有十几种,缸结构设计决定其是否适用于高纯气体压缩,可用于高纯气体压缩的缸结构设计共有三种,主要厂家有Hydro-Pac、Haskel、Hofer、麦格思维特、康普锐斯。

康普锐斯针对压缩介质氢气重新设计液驱压缩机,彻底杜绝了氢气泄露和污染问题,并且研发独有的控制系统,有效解决了普通液驱压缩机存在的余隙过高问题。产品结构简单,故障率低,工作效率高,能耗小。

 

图3:液驱压缩机市场占有率

随着国内加氢站压缩机市场发展,部件的国产化需求变得更加迫切,因为进口部件在成本、供货周期和后续维护方面难以满足市场需求。目前在加氢站液驱压缩机市场中,海德利森具备国产化条件,康普锐斯压缩机部件国产化率100%,实现全部国产化,摆脱进口依赖,缩短供货周期,响应速度迅捷,降低后续维护成本。

在以上一系列的行业和市场背景下,势银(TrendBank)对康普锐斯开展了液驱活塞式压缩机相关的案例研究。为了探寻康普锐斯获得市场认可的核心竞争力,势银从多个维度分析康普锐斯,包括企业背景、技术分析、产品分析、供应链分析、客户分析等。

企业背景

初创企业,技术实力深厚

青岛康普锐斯能源科技有限公司位于青岛西海岸新区,成立于2017年,致力于液驱活塞增压技术的开发、应用及高压流体系统解决方案。公司核心团队从事液驱压缩机的研发、生产十余年,产品主要应用于高压、高纯增压工况,如天然气、氢气、氦气等增压。

康普锐斯于2019年自主研发了90MPa&1000kg级加氢站用压缩机,获得合肥通用院检测认证,性能参数超过2019年科技部国家重点专项要求。

2021年5月获批山东省“十四五”氢能重大示范项目。围绕产品已经取得十余项专利,并获得CT4级整机防爆认证。获得青岛西海岸海控集团的入股注资。

45MPa&650kg/d压缩机已在国内多座加氢站实际投入使用,排量、效率、运行状态表现优异,获得国内加氢行业的高度认可,包括中石化、国家能源集团、浙能集团、江苏国富氢能、上海氢枫在内的国内知名氢能企业都与康普锐斯建立了紧密的合作关系。

核心团队

势银(TrendBank)通过研究康普锐斯的核心团队,发现其在专业领域均有丰厚业绩与高水平资质,专业素质过硬。以下是康普锐斯核心团队的详细信息:

  • 董事长、总经理

 

尹智,长期从事液驱压缩机设计研发工作,拥有21项发明、实用新型专利和4项计算机软件著作权,在液驱压缩机领域具有丰富的设计研发经验。

2017年创办青岛康普锐斯能源科技有限公司。2019年首创90MPa&1000kg级液驱加氢站压缩机,打破国外进口垄断。2020年首创带隔离腔结构的两级双作用液驱压缩缸,并实现45MPa&500kg级液驱加氢站压缩机商业化推广。2021年实现产品批量应用,获得客户及行业广泛好评。至今已经带领团队完成8个系列30余款液驱压缩机产品开发,满足未来氢能市场需求。

除液驱加氢站压缩机外,致力于液驱增压技术在各增压领域的推广和进口替代。目前已经针对气田增产、油田增产、无水印染等领域开发众多创新的液驱增压装备,推动工艺技术路线转型升级。

  • 副总经理、研发经理

 

任吉超,于中国特检院工作十余年,参与国家重点研发计划项目2项(2017YFC0805600和2018YFC0808900),负责中国特检院青年基金项目1项(2018青年14)。获得专利1项,发表科技论文4篇,参与编写专著1部。

任吉超曾任中国特检院移动式压力容器型式试验负责人,参与了中国特检院移动式压力容器型式试验基地建设,负责完成60余个型号的移动式压力容器型式试验工作。曾担任中国特种设备检验协会鉴定评审部副主任,负责无损检测机构评级工作,参与《特种设备无损检测机构级别评定准则》的起草工作等。

现任青岛康普锐斯能源科技有限公司研发部经理,主持完成液驱氢气压缩机系列化设计;完成多个液驱压缩机相关技术专题的研究分析和建模工作;完成液氢泵的预研工作;以主要技术负责人身份完成西海岸新区揭榜项目、青岛市关键技术攻关及产业化示范项目、中石化科技部项目等的申报工作。

迅速攻占市场

康普锐斯自2017年成立,短短三年完成产品的研发、设计、调试检验、改进优化,在2020年开始收获订单,并且业绩增长速度可观,通过产品品质和技术本身获得市场认可。近两年营业收入实现翻番。

图4:康普锐斯营业收入

技术分析

入局氢能,技术为先

势银(TrendBank)对液驱压缩机及其部件专利进行检索并统计分析,在国产液驱压缩机制造商中,康普锐斯的液驱压缩机及部件有效专利数量排名第三。相关企业液驱压缩机数量占比见下图。

图5:液驱压缩机有效专利占比

康普锐斯至今成立不满5年,已获得14项液驱压缩机专利授权,并且大部分专利是康普锐斯CEO尹智所发明。

压缩缸是液驱压缩机最核心的工作系统,在康普锐斯的专利申请中,占据了50%的比重,这是由于康普锐斯技术团队对液驱压缩机装备的多年耕耘,体现了康普锐斯对于核心技术的倾注。以下是康普锐斯的专利信息:

表1:康普锐斯专利展示

有效的技术方案提升产品性能

康普锐斯研发团队前期经过大量市场调研,充分了解国内现有加氢站及加氢站用压缩机运行过程中出现的缺陷和问题。根据研发团队在液驱压缩机领域的专业经验,经过不断摸索,创新性的研发了带隔离结构的两级双作用液驱式压缩机。

康普锐斯是国内目前为数不多具有自主知识产权的氢气液驱压缩机生产制造商,成功打破了国外进口设备在该领域对国内市场的垄断。有效解决了目前国内加氢站压缩机运行过程中普遍存在的压缩机故障率高、温度高、卸车率低、加注效率低、能耗高等众多问题。产品技术先进,自主研发水平高,成本优势明显,运行稳定高效节能。

  • 密封、检测、防护设计——杜绝液压油污染氢气

康普锐斯针对压缩介质氢气重新设计液驱压缩机,完全避免了液压油对氢气的污染,实际数据和运行情况证明了这一设计的完全实现。

活塞杆腔是平衡腔和隔离腔,两侧活塞杆腔通过平衡管连通,换向时气体在两侧的活塞杆腔内移动,平衡气压,同时活塞杆腔在物理上隔绝了液压油和氢气。

液压油本身做了多道的检测防护,在油缸的最底端接入液压油泄露检测口,如果有轻微的液压油泄露,会沉入该检测口的集油盒,而不会污染氢气。

中间隔板设置两道密封,一道氢气的高压密封,密封在活塞杆上,通过密封将氢气挡住,另外设置了一道刮油的密封,两道密封中间引入一道氢气泄露检测口,如果压缩缸的氢气密封达到使用寿命,发生氢气泄露,泄露的氢气会进入氢气泄露检测口,该检测口可以观测到氢气泄露量。油和氢气的泄露检测口都与大气相通,没有压差,油和氢的泄漏都引出系统外,即使密封损坏也能保证氢气的纯度,杜绝系统内油对氢的污染。

当油缸内漏油量较大时,可能会沾染到活塞杆,刮油密封装置作用是可以除去沾染到活塞杆上的油,起到保护作用。

若要使液压油污染氢气,必须首先穿过三组合的油的密封组合,堵死油的泄露检测口,当液压油沾染活塞杆时,刮油密封装置启动,此时需要活塞杆破裂,液压油才能进入氢气泄露检测口,液压油通过氢气泄露检测口最终会到达氢气高压密封装置,而氢气泄露检测口与大气相通,无法逆压差污染氢气。

由此,康普锐斯通过密封、检测、防护方面的层层设计,兜底和保证了油氢分离,从技术原理和根本结构两个方面完全杜绝液压油污染氢气的隐患。

图6:液驱压缩机液压系统原理示意图

图片来源:康普锐斯

  • 独有监测控制系统,降低余隙

余隙是为了保证压缩腔安全而未经压缩的行程,但余隙的存在会影响排量和温度,进而影响压缩效率和能耗。余隙极难降低,因为液驱压缩机在往复运行过程中,进排气压力不断发生变化,从而导致液压油流量发生变化,从而导致活塞往复运行的速率并不固定。由于即使换向阀接收到换向信号,活塞也会因为惯性而运行一段冲程,活塞运行速率的不固定会带来惯性冲程的不确定,因而实际运行情况非常复杂。

对于液压动力系统和活塞位置的复杂变化,康普锐斯设计了监测系统,对活塞位置实时精准控制,给出的换向信号经过复杂计算,最终具有活塞运行到距离终端位置仅为一毫米的精确控制能力,余隙水平仅有1/500 - 1/400。在保证系统安全的前提下,将余隙降至最低水平。康普锐斯CEO尹智之前从事天然气液驱压缩机的研发设计,他指出该套系统的设计,能够使得普通天然气液驱压缩机的压缩效率提升25%,可以想象该套系统对氢气压缩效率的提升水平。

  • 工艺调整,实现氢气使用效率最大化

目前国内长管拖车压强普遍是20MPa,从加氢母站出来气体稳定后就会变成18MPa左右,因为氢气在加注长管拖车时温度偏高,自然冷却温度下降,导致压强略微降低。加氢站卸气压强一般是6MPa左右,因此长管拖车容积使用率(卸车率)是67%左右。

康普锐斯的压缩机产品具备3.5MPa低卸气压强的压缩能力,通过工艺调整,目前可以达到2MPa(单台压缩机,三级压缩)的卸气压强,容积使用率接近90%。长管拖车内氢气使用效率提升20%之多,降低了氢气的运输成本,减轻加氢站运营压力。

  • 二级、多级压缩降低能耗

目前,国内市场上的加氢站压缩机产品普遍采用一级压缩,而康普锐斯现有的45MPa压缩机均采用两级压缩。目前加氢站的最低卸气压力是5MPa,但在实际应用中基本都会高于6MPa,因为这样做会降低压缩比。压缩比正相关于“温升”,单级压缩比越高,温度越高,导致能耗增高,效率降低。

从5MPa到45MPa的单级压缩比是9,而两级压缩的单级压缩比只有3。进气压强是5MPa时,康普锐斯的压缩机能够控制排气冷却前的温度在120℃以内,而一级压缩的加氢站压缩机排气温度要超过250℃,温度升高导致气阀和膜片等部件的损坏率变高。

并且,由于采用两级压缩,同样是加氢能力超过500Nm3/h的压缩机,康普锐斯的功率是45kw,而市场上其它压缩机的功率要超过55kw。对于液驱压缩机,单级压缩缸串联一个压缩缸就可以实现两级压缩,成本不会显著增高。

  • 结构简单,降低故障

产品结构简单,故障率低。运动部件只有活塞杆以及附在活塞杆上的四个活塞。频率也低,相同压力条件下,密封圈的使用寿命受实际磨损行程影响,这意味着在相同时间内,频率越低,磨损程度越小。

液压动力系统,具有驱动(油泵电机组使得低压变高压)和运行控制执行两大功能,通过不断摸索,该系统由原先的26个部件精进为现在的7个部件,实现效率提升、成本下降。

绝大部分部件为通用部件,即使后续开发出更多的型号产品,也能够保证高水平的工艺整合能力。

产品布局

产品型号全面,应用场景全覆盖

在加氢站当中,压缩机有诸多应用场景,康普锐斯对此设计研发多种型号的液驱压缩机。目前型号产品已经达到加氢站压缩机应用场景全覆盖的水平,产品适用于固定加氢站、撬装加氢站、制氢加氢一体站和充装加氢母站。

表2:康普锐斯氢气液驱压缩机产品型号

图片来源:康普锐斯

固定加氢站压缩机

 

固定加氢站压缩机产品中,目前大都是45MPa 氢气压缩机,康普锐斯不仅设计研发了常规的45MPa氢气液驱压缩机,而且还开发了90MPa氢气液驱压缩机。相比于45MPa压缩机,90MPa压缩机所压缩的氢气体积能量密度是45MPa压缩机的两倍。康普锐斯采用多级压缩的方式,最低进气压力可达5MPa,降低进气压力水平,有利于充分利用长管拖车的氢气,减少长管拖车内残余氢气,提高容积使用率,缩减运输成本。

45MPa氢气液驱压缩机中,康普锐斯产品同样具有低能耗,低进气压力的特点。以国内常见的45MPa加氢站为例,普通45MPa&500Nm3/h的压缩机,功率一般是55kw,最低进气压力一般在6MPa。康普锐斯同型号的产品,功率为45kw,最低进气压力为4MPa,相同工作条件下,能耗降低18%。并且为满足加氢站高用氢需求,45MPa压缩机现有产品中,最高排量可达1000Nm3/h。

图7:康普锐斯45MPa加氢站推荐工艺流程

图片来源:康普锐斯

撬装加氢站压缩机

撬装加氢站压缩机产品中,康普锐斯设计研发了35MPa和70MPa两种压力水平的压缩机。35MPa压缩机中,最高排量可达1000Nm3/h。最低进气压力为3MPa,进气压力更低,排量更高。总压缩比超过10,单级压缩比仅为3.4,过高的压缩比会导致设备温升明显,降低易损件使用寿命,康普锐斯采用两级压缩的方式,较好的解决了高压缩比而带来的问题。

70MPa压缩机中,采用二/三级压缩的产品,最高排量为600Nm3/h,最低进气压力可达5MPa,总压缩比水平为14。

图8:康普锐斯撬装加氢站液驱压缩机产品

图片来源:康普锐斯

制氢加氢一体站压缩机

当前,在外供高压氢气加氢站运营成本中,高压氢气运输成本占据了相当的比例,因此在高压氢气运输成本大幅降落之前,制氢加氢一体站具备一定的应用空间。

45MPa制氢加氢一体站压缩机产品中,康普锐斯设计三级压缩,能耗相对更低,最高排量为500Nm3/h,最低进气压力可达1.5MPa,总压缩比达到15的水平。

氢气充装母站压缩机

氢气充装母站为长管拖车供应氢气,再经由长管拖车运输,为外供高压氢气加氢站加注氢气。由此,氢气充装母站压缩机应具有高排量的显著特点,康普锐斯的产品排量可达2000Nm3/h。

目前,康普锐斯与青岛炼化联合在中石化总部立项2000Nm3/h液驱氢气充装压缩机科研项目,产品即将交付。

供应链分析

供应链实现国产化

康普锐斯产品结构简单,零部件较少,这降低了供应链复杂度和难度;全部零部件由国产厂商提供,减轻了供应链压力;关键材料与供应厂商合作研发,签订独供保密协议,保障了供应质量。

康普锐斯是国内目前为数不多具有自主知识产权的液驱氢气压缩机生产制造商,设计的产品结构简单,零部件较少。例如运动部件只有活塞杆以及附在活塞杆上的四个活塞;液压动力系统由原先的26个部件精进为现在的7个部件,实现效率提升、成本下降。

压缩机部件国产化率100%,实现全部国产化,摆脱进口依赖,缩短供货周期,响应速度迅捷。且绝大部分部件为通用产品,整机成本低,周期短,即使后续开发出更多的型号产品,也能够保证高水平的工艺整合能力。例如撬装加氢站压缩机和固定加氢站压缩机产品,在外观、设计、部件方面重合度高,可通过改装满足客户需求。产线制造效率高,成本低。

客户分析

苦练内功,赢得客户

经过2021年一年努力,康普锐斯在加氢站压缩机行业已经具备一定影响力,行业内各方合作意愿强烈,与中国石化、国家能源集团、浙能集团、佛山燃气集团、江苏国富氢能、上海氢枫等国内知名氢能企业建立了紧密的合作关系。

总结

势银从企业背景、技术分析、产品分析、供应链分析、客户分析等各个维度深度剖析了康普锐斯,总结出康普锐斯获得核心竞争力的关键因素主要有以下7点:

  1. 核心团队专业能力过硬
  2. 外部合作,提升企业实力
  3. 核心技术专利比重高
  4. 有效的技术方案提升产品性能
  5. 产品型号全面,应用场景全覆盖
  6. 产品性能优异,性价比高
  7. 供应链实现国产化