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加氫站液驅(qū)壓縮機黑馬企業(yè)，探究康普銳斯的核心競爭力

2022-07-11

【摘要】：

案例研究背景

2016年以前中國建站數(shù)量較少，主要圍繞體育賽事及重點示范配套建設(shè)，2016年后受國家和地方層面氫能相關(guān)政策驅(qū)動，中國加氫站建設(shè)數(shù)量逐年攀升，2021年全年建站數(shù)量上百座，中國一躍成為全球加氫站數(shù)量最多的國家。

加氫站建設(shè)步伐的加快，提振了加氫站核心裝備市場的發(fā)展信心。壓縮機作為加氫站的關(guān)鍵核心裝備，成本約占加氫站設(shè)備成本的三分之一，壓縮機作為核心動設(shè)備其電耗、性能、啟停機、維修等方面都直接影響加氫站的運營，壓縮機關(guān)系到加氫站運營成本及建設(shè)成本，因此壓縮機市場變化與行業(yè)發(fā)展將深刻影響加氫站建設(shè)發(fā)展。

圖1：中國歷年加氫站建設(shè)

目前國內(nèi)加氫站壓縮機主要采用隔膜壓縮機和液驅(qū)壓縮機，相比于隔膜壓縮機，在相同條件下，液驅(qū)壓縮機單機排量更大。隨著國內(nèi)加氫站的規(guī)模化商業(yè)用推廣，目前日加注能力為500kg/d的加氫站，將難以滿足商業(yè)化運營，這對壓縮機單機排量提出更高要求。液驅(qū)壓縮機提高排量的方式靈活多樣，可以通過壓力增大、行程拉長、速度加快等方式來實現(xiàn)；而隔膜壓縮機需要通過增加膜頭或者增大膜頭的方式來實現(xiàn)，相對而言，成本更高或者技術(shù)難度更大。

隔膜壓縮機的工作方式是電機直接驅(qū)動曲軸連桿，電機轉(zhuǎn)動，曲軸連桿跟隨轉(zhuǎn)動，帶動隔膜工作。隔膜壓縮機不能帶載啟動，每次停機后，必須把膜腔內(nèi)壓縮氣體排掉，空載啟動，這使得加氫站壓縮機的時間利用率降低。而液驅(qū)壓縮機內(nèi)壓縮缸的運轉(zhuǎn)和電機油泵的運轉(zhuǎn)相隔離，可以帶載啟動，從而達到可以適應(yīng)頻繁啟停的效果，提高工作效率。

加氫站壓縮機市場裝備方面，隔膜壓縮機和液驅(qū)壓縮機均在2018年出現(xiàn)爆發(fā)式增長，隔膜壓縮機的增長速度高于液驅(qū)壓縮機，并且一直處于正增長態(tài)勢。液驅(qū)壓縮機在2020年出現(xiàn)負增長，但在2021年扭轉(zhuǎn)頹勢，增長率超過110%。

液驅(qū)壓縮機裝備增長速度的峰回路轉(zhuǎn)，從側(cè)面說明液驅(qū)壓縮機在當下經(jīng)受住了市場的檢驗。未來，液驅(qū)壓縮機與隔膜壓縮機的市場格局，可能會出現(xiàn)更為膠著的競爭局面。

圖2：隔膜/液驅(qū)壓縮機市場增長速度

加氫站液驅(qū)壓縮機裝備情況發(fā)生變化的背后，是國內(nèi)加氫站壓縮機市場新勢力的涌入。2020年青島康普銳斯能源科技有限公司（以下稱“康普銳斯”）首臺設(shè)備進入市場后市場占有率穩(wěn)步提升，在2021年加氫站液驅(qū)壓縮機市場，康普銳斯市占率接近20%。新勢力的涌入，使得加氫站壓縮機市場有效競爭水平增強，有利于降低壓縮機成本和加氫站的持續(xù)發(fā)展。

現(xiàn)全球范圍內(nèi)，液驅(qū)壓縮機的缸結(jié)構(gòu)設(shè)計有十幾種，缸結(jié)構(gòu)設(shè)計決定其是否適用于高純氣體壓縮，可用于高純氣體壓縮的缸結(jié)構(gòu)設(shè)計共有三種，主要廠家有Hydro-Pac、Haskel、Hofer、麥格思維特、康普銳斯。

康普銳斯針對壓縮介質(zhì)氫氣重新設(shè)計液驅(qū)壓縮機，徹底杜絕了氫氣泄露和污染問題，并且研發(fā)獨有的控制系統(tǒng)，有效解決了普通液驅(qū)壓縮機存在的余隙過高問題。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡單，故障率低，工作效率高，能耗小。

圖3：液驅(qū)壓縮機市場占有率

隨著國內(nèi)加氫站壓縮機市場發(fā)展，部件的國產(chǎn)化需求變得更加迫切，因為進口部件在成本、供貨周期和后續(xù)維護方面難以滿足市場需求。目前在加氫站液驅(qū)壓縮機市場中，海德利森具備國產(chǎn)化條件，康普銳斯壓縮機部件國產(chǎn)化率100%，實現(xiàn)全部國產(chǎn)化，擺脫進口依賴，縮短供貨周期，響應(yīng)速度迅捷，降低后續(xù)維護成本。

在以上一系列的行業(yè)和市場背景下，勢銀（TrendBank）對康普銳斯開展了液驅(qū)活塞式壓縮機相關(guān)的案例研究。為了探尋康普銳斯獲得市場認可的核心競爭力，勢銀從多個維度分析康普銳斯，包括企業(yè)背景、技術(shù)分析、產(chǎn)品分析、供應(yīng)鏈分析、客戶分析等。

企業(yè)背景

初創(chuàng)企業(yè)，技術(shù)實力深厚

青島康普銳斯能源科技有限公司位于青島西海岸新區(qū)，成立于2017年，致力于液驅(qū)活塞增壓技術(shù)的開發(fā)、應(yīng)用及高壓流體系統(tǒng)解決方案。公司核心團隊從事液驅(qū)壓縮機的研發(fā)、生產(chǎn)十余年，產(chǎn)品主要應(yīng)用于高壓、高純增壓工況，如天然氣、氫氣、氦氣等增壓。

康普銳斯于2019年自主研發(fā)了90MPa&1000kg級加氫站用壓縮機，獲得合肥通用院檢測認證，性能參數(shù)超過2019年科技部國家重點專項要求。

2021年5月獲批山東省“十四五”氫能重大示范項目。圍繞產(chǎn)品已經(jīng)取得十余項專利，并獲得CT4級整機防爆認證。獲得青島西海岸?？丶瘓F的入股注資。

45MPa&650kg/d壓縮機已在國內(nèi)多座加氫站實際投入使用，排量、效率、運行狀態(tài)表現(xiàn)優(yōu)異，獲得國內(nèi)加氫行業(yè)的高度認可，包括中石化、國家能源集團、浙能集團、江蘇國富氫能、上海氫楓在內(nèi)的國內(nèi)知名氫能企業(yè)都與康普銳斯建立了緊密的合作關(guān)系。

核心團隊

勢銀（TrendBank）通過研究康普銳斯的核心團隊，發(fā)現(xiàn)其在專業(yè)領(lǐng)域均有豐厚業(yè)績與高水平資質(zhì)，專業(yè)素質(zhì)過硬。以下是康普銳斯核心團隊的詳細信息：

董事長、總經(jīng)理

尹智，長期從事液驅(qū)壓縮機設(shè)計研發(fā)工作，擁有21項發(fā)明、實用新型專利和4項計算機軟件著作權(quán)，在液驅(qū)壓縮機領(lǐng)域具有豐富的設(shè)計研發(fā)經(jīng)驗。

2017年創(chuàng)辦青島康普銳斯能源科技有限公司。2019年首創(chuàng)90MPa&1000kg級液驅(qū)加氫站壓縮機，打破國外進口壟斷。2020年首創(chuàng)帶隔離腔結(jié)構(gòu)的兩級雙作用液驅(qū)壓縮缸，并實現(xiàn)45MPa&500kg級液驅(qū)加氫站壓縮機商業(yè)化推廣。2021年實現(xiàn)產(chǎn)品批量應(yīng)用，獲得客戶及行業(yè)廣泛好評。至今已經(jīng)帶領(lǐng)團隊完成8個系列30余款液驅(qū)壓縮機產(chǎn)品開發(fā)，滿足未來氫能市場需求。

除液驅(qū)加氫站壓縮機外，致力于液驅(qū)增壓技術(shù)在各增壓領(lǐng)域的推廣和進口替代。目前已經(jīng)針對氣田增產(chǎn)、油田增產(chǎn)、無水印染等領(lǐng)域開發(fā)眾多創(chuàng)新的液驅(qū)增壓裝備，推動工藝技術(shù)路線轉(zhuǎn)型升級。

副總經(jīng)理、研發(fā)經(jīng)理

任吉超，于中國特檢院工作十余年，參與國家重點研發(fā)計劃項目2項（2017YFC0805600和2018YFC0808900），負責中國特檢院青年基金項目1項（2018青年14）。獲得專利1項，發(fā)表科技論文4篇，參與編寫專著1部。

任吉超曾任中國特檢院移動式壓力容器型式試驗負責人，參與了中國特檢院移動式壓力容器型式試驗基地建設(shè)，負責完成60余個型號的移動式壓力容器型式試驗工作。曾擔任中國特種設(shè)備檢驗協(xié)會鑒定評審部副主任，負責無損檢測機構(gòu)評級工作，參與《特種設(shè)備無損檢測機構(gòu)級別評定準則》的起草工作等。

現(xiàn)任青島康普銳斯能源科技有限公司研發(fā)部經(jīng)理，主持完成液驅(qū)氫氣壓縮機系列化設(shè)計；完成多個液驅(qū)壓縮機相關(guān)技術(shù)專題的研究分析和建模工作；完成液氫泵的預研工作；以主要技術(shù)負責人身份完成西海岸新區(qū)揭榜項目、青島市關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)及產(chǎn)業(yè)化示范項目、中石化科技部項目等的申報工作。

迅速攻占市場

康普銳斯自2017年成立，短短三年完成產(chǎn)品的研發(fā)、設(shè)計、調(diào)試檢驗、改進優(yōu)化，在2020年開始收獲訂單，并且業(yè)績增長速度可觀，通過產(chǎn)品品質(zhì)和技術(shù)本身獲得市場認可。近兩年營業(yè)收入實現(xiàn)翻番。

圖4：康普銳斯營業(yè)收入

技術(shù)分析

入局氫能，技術(shù)為先

勢銀（TrendBank）對液驅(qū)壓縮機及其部件專利進行檢索并統(tǒng)計分析，在國產(chǎn)液驅(qū)壓縮機制造商中，康普銳斯的液驅(qū)壓縮機及部件有效專利數(shù)量排名第三。相關(guān)企業(yè)液驅(qū)壓縮機數(shù)量占比見下圖。

圖5：液驅(qū)壓縮機有效專利占比

康普銳斯至今成立不滿5年，已獲得14項液驅(qū)壓縮機專利授權(quán)，并且大部分專利是康普銳斯CEO尹智所發(fā)明。

壓縮缸是液驅(qū)壓縮機最核心的工作系統(tǒng)，在康普銳斯的專利申請中，占據(jù)了50%的比重，這是由于康普銳斯技術(shù)團隊對液驅(qū)壓縮機裝備的多年耕耘，體現(xiàn)了康普銳斯對于核心技術(shù)的傾注。以下是康普銳斯的專利信息：

表1：康普銳斯專利展示

有效的技術(shù)方案提升產(chǎn)品性能

康普銳斯研發(fā)團隊前期經(jīng)過大量市場調(diào)研，充分了解國內(nèi)現(xiàn)有加氫站及加氫站用壓縮機運行過程中出現(xiàn)的缺陷和問題。根據(jù)研發(fā)團隊在液驅(qū)壓縮機領(lǐng)域的專業(yè)經(jīng)驗，經(jīng)過不斷摸索，創(chuàng)新性的研發(fā)了帶隔離結(jié)構(gòu)的兩級雙作用液驅(qū)式壓縮機。

康普銳斯是國內(nèi)目前為數(shù)不多具有自主知識產(chǎn)權(quán)的氫氣液驅(qū)壓縮機生產(chǎn)制造商，成功打破了國外進口設(shè)備在該領(lǐng)域?qū)鴥?nèi)市場的壟斷。有效解決了目前國內(nèi)加氫站壓縮機運行過程中普遍存在的壓縮機故障率高、溫度高、卸車率低、加注效率低、能耗高等眾多問題。產(chǎn)品技術(shù)先進，自主研發(fā)水平高，成本優(yōu)勢明顯，運行穩(wěn)定高效節(jié)能。

密封、檢測、防護設(shè)計——杜絕液壓油污染氫氣

康普銳斯針對壓縮介質(zhì)氫氣重新設(shè)計液驅(qū)壓縮機，完全避免了液壓油對氫氣的污染，實際數(shù)據(jù)和運行情況證明了這一設(shè)計的完全實現(xiàn)。

活塞桿腔是平衡腔和隔離腔，兩側(cè)活塞桿腔通過平衡管連通，換向時氣體在兩側(cè)的活塞桿腔內(nèi)移動，平衡氣壓，同時活塞桿腔在物理上隔絕了液壓油和氫氣。

液壓油本身做了多道的檢測防護，在油缸的最底端接入液壓油泄露檢測口，如果有輕微的液壓油泄露，會沉入該檢測口的集油盒，而不會污染氫氣。

中間隔板設(shè)置兩道密封，一道氫氣的高壓密封，密封在活塞桿上，通過密封將氫氣擋住，另外設(shè)置了一道刮油的密封，兩道密封中間引入一道氫氣泄露檢測口，如果壓縮缸的氫氣密封達到使用壽命，發(fā)生氫氣泄露，泄露的氫氣會進入氫氣泄露檢測口，該檢測口可以觀測到氫氣泄露量。油和氫氣的泄露檢測口都與大氣相通，沒有壓差，油和氫的泄漏都引出系統(tǒng)外，即使密封損壞也能保證氫氣的純度，杜絕系統(tǒng)內(nèi)油對氫的污染。

當油缸內(nèi)漏油量較大時，可能會沾染到活塞桿，刮油密封裝置作用是可以除去沾染到活塞桿上的油，起到保護作用。

若要使液壓油污染氫氣，必須首先穿過三組合的油的密封組合，堵死油的泄露檢測口，當液壓油沾染活塞桿時，刮油密封裝置啟動，此時需要活塞桿破裂，液壓油才能進入氫氣泄露檢測口，液壓油通過氫氣泄露檢測口最終會到達氫氣高壓密封裝置，而氫氣泄露檢測口與大氣相通，無法逆壓差污染氫氣。

由此，康普銳斯通過密封、檢測、防護方面的層層設(shè)計，兜底和保證了油氫分離，從技術(shù)原理和根本結(jié)構(gòu)兩個方面完全杜絕液壓油污染氫氣的隱患。

圖6：液驅(qū)壓縮機液壓系統(tǒng)原理示意圖

圖片來源：康普銳斯

獨有監(jiān)測控制系統(tǒng)，降低余隙

余隙是為了保證壓縮腔安全而未經(jīng)壓縮的行程，但余隙的存在會影響排量和溫度，進而影響壓縮效率和能耗。余隙極難降低，因為液驅(qū)壓縮機在往復運行過程中，進排氣壓力不斷發(fā)生變化，從而導致液壓油流量發(fā)生變化，從而導致活塞往復運行的速率并不固定。由于即使換向閥接收到換向信號，活塞也會因為慣性而運行一段沖程，活塞運行速率的不固定會帶來慣性沖程的不確定，因而實際運行情況非常復雜。

對于液壓動力系統(tǒng)和活塞位置的復雜變化，康普銳斯設(shè)計了監(jiān)測系統(tǒng)，對活塞位置實時精準控制，給出的換向信號經(jīng)過復雜計算，最終具有活塞運行到距離終端位置僅為一毫米的精確控制能力，余隙水平僅有1/500 - 1/400。在保證系統(tǒng)安全的前提下，將余隙降至最低水平。康普銳斯CEO尹智之前從事天然氣液驅(qū)壓縮機的研發(fā)設(shè)計，他指出該套系統(tǒng)的設(shè)計，能夠使得普通天然氣液驅(qū)壓縮機的壓縮效率提升25%，可以想象該套系統(tǒng)對氫氣壓縮效率的提升水平。

工藝調(diào)整，實現(xiàn)氫氣使用效率最大化

目前國內(nèi)長管拖車壓強普遍是20MPa，從加氫母站出來氣體穩(wěn)定后就會變成18MPa左右，因為氫氣在加注長管拖車時溫度偏高，自然冷卻溫度下降，導致壓強略微降低。加氫站卸氣壓強一般是6MPa左右，因此長管拖車容積使用率（卸車率）是67%左右。

康普銳斯的壓縮機產(chǎn)品具備3.5MPa低卸氣壓強的壓縮能力，通過工藝調(diào)整，目前可以達到2MPa（單臺壓縮機，三級壓縮）的卸氣壓強，容積使用率接近90%。長管拖車內(nèi)氫氣使用效率提升20%之多，降低了氫氣的運輸成本，減輕加氫站運營壓力。

二級、多級壓縮降低能耗

目前，國內(nèi)市場上的加氫站壓縮機產(chǎn)品普遍采用一級壓縮，而康普銳斯現(xiàn)有的45MPa壓縮機均采用兩級壓縮。目前加氫站的最低卸氣壓力是5MPa，但在實際應(yīng)用中基本都會高于6MPa，因為這樣做會降低壓縮比。壓縮比正相關(guān)于“溫升”，單級壓縮比越高，溫度越高，導致能耗增高，效率降低。

從5MPa到45MPa的單級壓縮比是9，而兩級壓縮的單級壓縮比只有3。進氣壓強是5MPa時，康普銳斯的壓縮機能夠控制排氣冷卻前的溫度在120℃以內(nèi)，而一級壓縮的加氫站壓縮機排氣溫度要超過250℃，溫度升高導致氣閥和膜片等部件的損壞率變高。

并且，由于采用兩級壓縮，同樣是加氫能力超過500Nm³/h的壓縮機，康普銳斯的功率是45kw，而市場上其它壓縮機的功率要超過55kw。對于液驅(qū)壓縮機，單級壓縮缸串聯(lián)一個壓縮缸就可以實現(xiàn)兩級壓縮，成本不會顯著增高。

結(jié)構(gòu)簡單，降低故障

產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡單，故障率低。運動部件只有活塞桿以及附在活塞桿上的四個活塞。頻率也低，相同壓力條件下，密封圈的使用壽命受實際磨損行程影響，這意味著在相同時間內(nèi)，頻率越低，磨損程度越小。

液壓動力系統(tǒng)，具有驅(qū)動（油泵電機組使得低壓變高壓）和運行控制執(zhí)行兩大功能，通過不斷摸索，該系統(tǒng)由原先的26個部件精進為現(xiàn)在的7個部件，實現(xiàn)效率提升、成本下降。

絕大部分部件為通用部件，即使后續(xù)開發(fā)出更多的型號產(chǎn)品，也能夠保證高水平的工藝整合能力。

產(chǎn)品布局

產(chǎn)品型號全面，應(yīng)用場景全覆蓋

在加氫站當中，壓縮機有諸多應(yīng)用場景，康普銳斯對此設(shè)計研發(fā)多種型號的液驅(qū)壓縮機。目前型號產(chǎn)品已經(jīng)達到加氫站壓縮機應(yīng)用場景全覆蓋的水平，產(chǎn)品適用于固定加氫站、撬裝加氫站、制氫加氫一體站和充裝加氫母站。

表2：康普銳斯氫氣液驅(qū)壓縮機產(chǎn)品型號

圖片來源：康普銳斯

固定加氫站壓縮機

固定加氫站壓縮機產(chǎn)品中，目前大都是45MPa 氫氣壓縮機，康普銳斯不僅設(shè)計研發(fā)了常規(guī)的45MPa氫氣液驅(qū)壓縮機，而且還開發(fā)了90MPa氫氣液驅(qū)壓縮機。相比于45MPa壓縮機，90MPa壓縮機所壓縮的氫氣體積能量密度是45MPa壓縮機的兩倍。康普銳斯采用多級壓縮的方式，最低進氣壓力可達5MPa，降低進氣壓力水平，有利于充分利用長管拖車的氫氣，減少長管拖車內(nèi)殘余氫氣，提高容積使用率，縮減運輸成本。

45MPa氫氣液驅(qū)壓縮機中，康普銳斯產(chǎn)品同樣具有低能耗，低進氣壓力的特點。以國內(nèi)常見的45MPa加氫站為例，普通45MPa&500Nm³/h的壓縮機，功率一般是55kw，最低進氣壓力一般在6MPa?？灯珍J斯同型號的產(chǎn)品，功率為45kw，最低進氣壓力為4MPa，相同工作條件下，能耗降低18%。并且為滿足加氫站高用氫需求，45MPa壓縮機現(xiàn)有產(chǎn)品中，最高排量可達1000Nm³/h。

圖7：康普銳斯45MPa加氫站推薦工藝流程

圖片來源：康普銳斯

撬裝加氫站壓縮機

撬裝加氫站壓縮機產(chǎn)品中，康普銳斯設(shè)計研發(fā)了35MPa和70MPa兩種壓力水平的壓縮機。35MPa壓縮機中，最高排量可達1000Nm³/h。最低進氣壓力為3MPa，進氣壓力更低，排量更高?？倝嚎s比超過10，單級壓縮比僅為3.4，過高的壓縮比會導致設(shè)備溫升明顯，降低易損件使用壽命，康普銳斯采用兩級壓縮的方式，較好的解決了高壓縮比而帶來的問題。

70MPa壓縮機中，采用二/三級壓縮的產(chǎn)品，最高排量為600Nm³/h，最低進氣壓力可達5MPa，總壓縮比水平為14。

圖8：康普銳斯撬裝加氫站液驅(qū)壓縮機產(chǎn)品

圖片來源：康普銳斯

制氫加氫一體站壓縮機

當前，在外供高壓氫氣加氫站運營成本中，高壓氫氣運輸成本占據(jù)了相當?shù)谋壤?，因此在高壓氫氣運輸成本大幅降落之前，制氫加氫一體站具備一定的應(yīng)用空間。

45MPa制氫加氫一體站壓縮機產(chǎn)品中，康普銳斯設(shè)計三級壓縮，能耗相對更低，最高排量為500Nm³/h，最低進氣壓力可達1.5MPa，總壓縮比達到15的水平。

氫氣充裝母站壓縮機

氫氣充裝母站為長管拖車供應(yīng)氫氣，再經(jīng)由長管拖車運輸，為外供高壓氫氣加氫站加注氫氣。由此，氫氣充裝母站壓縮機應(yīng)具有高排量的顯著特點，康普銳斯的產(chǎn)品排量可達2000Nm³/h。

目前，康普銳斯與青島煉化聯(lián)合在中石化總部立項2000Nm³/h液驅(qū)氫氣充裝壓縮機科研項目，產(chǎn)品即將交付。

供應(yīng)鏈分析

供應(yīng)鏈實現(xiàn)國產(chǎn)化

康普銳斯產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡單，零部件較少，這降低了供應(yīng)鏈復雜度和難度；全部零部件由國產(chǎn)廠商提供，減輕了供應(yīng)鏈壓力；關(guān)鍵材料與供應(yīng)廠商合作研發(fā)，簽訂獨供保密協(xié)議，保障了供應(yīng)質(zhì)量。

康普銳斯是國內(nèi)目前為數(shù)不多具有自主知識產(chǎn)權(quán)的液驅(qū)氫氣壓縮機生產(chǎn)制造商，設(shè)計的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)簡單，零部件較少。例如運動部件只有活塞桿以及附在活塞桿上的四個活塞；液壓動力系統(tǒng)由原先的26個部件精進為現(xiàn)在的7個部件，實現(xiàn)效率提升、成本下降。

壓縮機部件國產(chǎn)化率100%，實現(xiàn)全部國產(chǎn)化，擺脫進口依賴，縮短供貨周期，響應(yīng)速度迅捷。且絕大部分部件為通用產(chǎn)品，整機成本低，周期短，即使后續(xù)開發(fā)出更多的型號產(chǎn)品，也能夠保證高水平的工藝整合能力。例如撬裝加氫站壓縮機和固定加氫站壓縮機產(chǎn)品，在外觀、設(shè)計、部件方面重合度高，可通過改裝滿足客戶需求。產(chǎn)線制造效率高，成本低。

客戶分析