由可再生能源驱动的电解生产绿色氢气是当今发展最快、最有前景的脱碳解决方案之一，可帮助工业实现较低的排放目标。2019年，全球安装的电解槽（利用电流将水分子分解为氢气和氧气的设备）不到100 MWe，但如今有近1 GWe的运行电解容量，其中一半是去年增加的。这一增长将继续：约11 GWe的产能正处于未来2-4年部署规划的后期阶段，已经宣布了480 GWe的巨大产能，预示着未来十年绿色氢市场将出现前所未有的增长
目前生产的大部分氢气用于大型化工厂和炼油厂，通常生产超过10吨/小时的氢气。这相当于每个大型氢气消费者400 MWth的电解。大多数使用氢气的工业应用都需要机械压缩，以将压力从现有蒸汽甲烷重整工艺（SMR或“灰色”氢气）通常提供的20-30bar提高到50-200bar之间，具体取决于最终用途的应用要求。因此，氢气压缩机是氢气价值链中的关键设备。压缩技术已经使用和优化了几十年。目前运行的大多数氢气压缩机都是正排量机器，主要是往复式机器，这使得氢气等低分子量气体能够实现每级的高效率和高压比。炼油厂、石化和化学设施（氨和甲醇）中有数千台氢气往复式压缩机高效可靠地运行，功率范围从低至100马力到高达20000马力（相当于约0.1-15兆瓦的能量）
虽然氢气压缩机已经存在了一段时间，但最近又增加了一项新的重要要求。与连续生产的灰色氢气不同，由于风能和太阳能等可再生能源输入的固有可变性，绿色氢气的生产可能是间歇性的。因此，压缩机的操作要求与能量输入的可变性质之间存在不匹配。本文将讨论用于工业规模间歇氢气生产和使用的氢气压缩机与电解槽配对的主要要求和设计考虑因素。它还将展示Electric Hydrogen（电解OEM）和NEUMAN&ESSER（压缩OEM）等公司如何考虑各种权衡，为客户提供适合大规模生产零排放绿色氢气的解决方案，以实现工业应用的脱碳。
向工业承购商供应压缩绿色氢气时，有三个主要的经济和运营要求
电解生产绿色氢气的成本历来高于SMR等传统氢气生产解决方案。电解原始设备制造商，如电氢，正在将电解槽堆栈和工厂设计的规模和创新相结合，以降低成本，以具有竞争力的经济效益生产绿色氢气。电解原始设备制造商和压缩原始设备制造商共同努力优化整个电解系统并达到最低成本的解决方案非常重要。同样重要的是，要正确看待这些投资成本：全包式电解厂（包括电力转换和工厂平衡的所有要素，但不包括电化学以外的额外压缩）的范围在850美元/kWe，in和1700美元/kWe，in之间。这些工厂的压缩系统根据所需的流速、电解槽提供的吸入压力和最终用户所需的排出压力，增加了50美元/kWu，in和100美元/kWe之间。为了使绿色氢气成为灰色氢气的可行替代品，这些成本需要降低
需要可靠的设备来尽量减少停机时间，并最大限度地利用电解厂和压缩机上游和下游的设备。不生产合同氢气的机会成本或处罚可能是繁重的，并证明了对系统冗余和可靠性的投资是合理的，以避免停机。例如，为了提高压缩机的可靠性，通常采用API 618往复式压缩机标准来延长平均无故障时间（MTBF）。电解槽还没有这样的标准，这将是有益的。冗余是保证工厂不间断运行的常见策略——通常，现场安装一个备用压缩机组，与另一个压缩机组共享流量，或者作为仅在主机组停机时运行的备用压缩机
需要可靠的设备来尽量减少停机时间，并最大限度地利用电解厂和压缩机上游和下游的设备。不生产合同氢气的机会成本或处罚可能是繁重的，并证明了对系统冗余和可靠性的投资是合理的，以避免停机。例如，为了提高压缩机的可靠性，通常采用API 618往复式压缩机标准来延长平均无故障时间（MTBF）。电解槽还没有这样的标准，这将是有益的。冗余是保证工厂不间断运行的常见策略——通常，现场安装一个备用压缩机组，与另一个压缩机组共享流量，或者作为仅在主机组停机时运行的备用压缩机
在考虑将压缩系统与绿色氢气生产厂集成时，需要考虑几个关键的设计特征。对项目绩效和经济影响最大的变量是：
压缩装置
容量控制方法
机器监控系统
气缸润滑
压缩装置被定义为满足所需氢气总流量所需的压缩机数量。常见的安排是1 x 100%（无备用）、2 x 100%（备用）、2x50%（无备件）或3x50%（备用）。在确保更高正常运行时间的现场所需冗余与采购和安装压缩机的项目总预算之间存在权衡。大量的小型机组不会充分利用采购规模经济，但大型往复式压缩机可能更难采购和建造，通常需要大型混凝土块基础，这增加了安装成本。氢气工艺流程上安装的压缩机数量决定了工厂可用的压缩冗余。2 x 100%的布置，包括一个备用单元，提供了完全的冗余，几乎保证了工厂的不间断运行。使用较小的单个机组的2 x 50%安排降低了总装机成本，因为不包括备用容量，但当一个机组停机时，不允许总容量可用
由于其正排量原理，往复式压缩机可以在部分负载运行的同时保持效率恒定。这是这种压缩机技术最显著的优势之一，对绿色氢气生产厂至关重要。
缺乏正确的容量控制方法，简单地依靠离散操作点（100%、75%、50%和0%操作负载）的逐步卸载，将不可避免地导致不必要的气体回收，这将增加整体功耗。如今，操作员可以使用全面的容量控制套件，包括一系列解决方案，从简单的气动阀卸载机到使用液压执行器的复杂无级容量控制系统。无级容量控制允许无缝连续运营，但通常是一种附加功能，会增加资本支出。API 688标准对往复式压缩机的无级容量控制系统进行了考虑
机器监控系统（MMS）是确保长时间运行的基础。MMS的主要目的是提供有关压缩机状况的关键实时信息，以便操作员识别主要部件的潜在故障或性能不佳，从而规划预防措施并避免意外停机。
现代彩信提供了广泛的功能，可以设计为满足任何特定的项目要求。基本功能包括框架振动、活塞杆下降系统和工艺气体压力和温度监测。
高级监测功能包括气缸动态压力、十字头振动和阀门温度。MMS需要前期工程工作和额外的收购成本，但如果计算包括因意外停机导致的潜在生产损失，回报可能会很短
低碳氢的许多应用都有严格的油污染限制。这可以通过在压缩过程中消除气缸润滑或在润滑压缩后通过除油系统来实现。非润滑气缸对活塞环和导向环设计有额外的设计考虑，这些设计提供了足够的摩擦阻力，同时保证了在没有油膜保护的情况下可接受的磨损率。或者，希望利用润滑压缩机更长正常运行时间的运营商，或最终排放压力高于200巴的应用运营商，可以选择在压缩机下游安装高效除油系统。这些系统目前可用，具有经过现场验证的经验，可以处理大量流量和高压，同时去除氢气流中高达十亿分之一（ppb）的油
电解和压缩原始设备制造商正在共同努力，以确保绿色氢气项目不仅以尽可能低的成本获得最新技术，而且确保满足所有其他项目运营要求。安装成本可以最小化，但考虑到停机时间以及灵活操作和适应电解槽（尤其是PEM）目前可以处理的相对较低的部分负载的需要，仅凭这一点并不能导致最低的总体拥有成本。Electric Hydrogen和NEUMAN&ESSER等公司正在共同努力，为氢气项目开发商和EPC公司提供可以无缝集成并提供最佳权衡的解决方案，满足绿色氢气项目的所有要求：这是优化成本正常运行时间运营灵活性的最佳点，如图1所示。
为了实现不同国家和公司设定的脱碳目标，需要大量的绿色氢。如今，我们看到电解市场快速增长，大多数（如果不是全部）绿色氢气生产应用都需要氢气压缩。绿色氢价值链上的不同参与者需要共同努力，寻找机会，不仅可以降低初始投资成本和提高效率，还可以确保最大的整体工厂正常运行时间和灵活的运营。本文描述了电解槽OEM和压缩机OEM之间的一些合作努力，以解锁整体成本最低的压缩绿色氢气，从而使项目开发商和最终氢气终端用户受益