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2021年新能源賽道最熱門的概念是什么？答案是氫能。氫能是雙碳目標(biāo)下的重要能源之一。如今，全球氫能產(chǎn)業(yè)已進(jìn)入快速發(fā)展軌道。
氫能的概念雖然如此火爆，但有一個(gè)話題無法避免——?dú)淠艿陌踩浴?/span>
在許多人的認(rèn)知中，氫的風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)很高，畢竟氫氣球爆炸、儲(chǔ)氫罐爆炸等事故讓很多人談氫色變。正因?yàn)槿绱耍瑲淙剂想姵仄囈脖毁N上了安裝在輪子上的“氫彈”標(biāo)簽。
但真的是這樣嗎？許多業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，恐懼來自未知。
對氫氣危險(xiǎn)性的科學(xué)認(rèn)識(shí)
要確定一種能源的安全性，首先要了解它的特性。清華大學(xué)教授毛宗強(qiáng)認(rèn)為，每種能源載體都有其獨(dú)特的安全問題，如物理、化學(xué)和技術(shù)。
氫氣是無色無味的，具有易燃、易爆、易擴(kuò)散、易發(fā)生氫脆等特點(diǎn)，氫泄漏后與空氣混合，遇明火、靜電時(shí)會(huì)發(fā)生燃燒或爆炸。因此業(yè)界談氫變色。但氫氣并非不可預(yù)測，其安全風(fēng)險(xiǎn)是可控的。氫氣爆炸極限為體積密度達(dá)到4.0%~75%，即氫氣在空氣中的體積濃度在4.0%~75%之間時(shí)，遇火源時(shí)會(huì)爆炸，而氫氣濃度小于4.0%或大于75%時(shí)，即使遇到火源，也不會(huì)爆炸。
如果從爆炸極限、可擴(kuò)散性和燃燒性來看，與汽油、丙烷和甲烷相比，氫的安全性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于這些燃料。氫氣擴(kuò)散迅速，是天然氣的六倍，很難形成爆炸性物質(zhì)。
在氫能的歷史發(fā)展過程中，不可避免地會(huì)發(fā)生大大小小的安全事件。有相關(guān)研究機(jī)構(gòu)對氫能相關(guān)事故原因進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析。在眾多事故原因中，前三名是設(shè)備本身的質(zhì)量問題。氫能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)缺陷和人為原因分別占40%、10%和9%，總事故原因占59%，主要原因是與氫氣系統(tǒng)直接相關(guān)的設(shè)備問題。
氫能產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的安全特點(diǎn)和難點(diǎn)
氫能產(chǎn)業(yè)鏈分為三個(gè)環(huán)節(jié)：上游制氫、中游儲(chǔ)氫和下游應(yīng)用。產(chǎn)業(yè)鏈長，分布廣泛。氫燃料電池汽車經(jīng)過多年的技術(shù)積累和政策支持，已成為氫能產(chǎn)業(yè)的重要發(fā)展方向之一。雖然我國自研發(fā)運(yùn)營以來沒有發(fā)生過嚴(yán)重的氫安全事故，但整個(gè)氫產(chǎn)業(yè)鏈仍存在需要時(shí)刻關(guān)注的危險(xiǎn)點(diǎn)。
1、制氫：目前系統(tǒng)、設(shè)備等安全方面相對成熟
制氫有幾年的基礎(chǔ)?；谥袊鴰资甑墓I(yè)氣體生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，形成了相對成熟的商業(yè)技術(shù)（水電解、變壓吸附凈化等）和相對完整的標(biāo)準(zhǔn)體系，以氫源安全為核心，明確了系統(tǒng)技術(shù)條件、安全要求等關(guān)鍵內(nèi)容。
制氫提取過程很多。設(shè)備設(shè)施復(fù)雜，需要從氣態(tài)到液態(tài)再到氣態(tài)進(jìn)行轉(zhuǎn)化。一旦管道或容器的安全監(jiān)控和預(yù)警技術(shù)不到位，就容易發(fā)生泄漏事故工廠環(huán)境溫度高，容易發(fā)生事故。
氫氣對制氫機(jī)的腐蝕。水電解制氫設(shè)備的氣液出口存在嚴(yán)重的腐蝕和磨損現(xiàn)象，隨著設(shè)備氣體產(chǎn)量的增加，磨損現(xiàn)象變得更加嚴(yán)重。在制氫過程中，氫分子很小。一旦隔膜出現(xiàn)問題，氫分子就會(huì)滲入氧室，這將導(dǎo)致氫純度下降和制氫設(shè)備的風(fēng)險(xiǎn)。
2、儲(chǔ)氫：確保儲(chǔ)氫安全是重中之重
眾所周知，為了保證煤炭、石油等氫能，方便消費(fèi)者日常使用，如何保證儲(chǔ)氫安全是重中之重。
據(jù)了解，高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫是目前全球氫能賽道上常用且技術(shù)發(fā)展成熟的儲(chǔ)氫方式。高壓氣態(tài)儲(chǔ)氫要想安全有效地使用，離不開一個(gè)小零件——瓶口組合閥。
儲(chǔ)氫容器也容易因操作失誤和材料問題而發(fā)生安全事故。高壓儲(chǔ)氫容器屬于壓力容器，事故往往是由于使用過程中沒有嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)和操作規(guī)范造成的。比如氫氣罐與其他氣體混合，在一定條件下會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)爆炸。同時(shí)，一些儲(chǔ)氫材料長期在氫環(huán)境中工作，會(huì)導(dǎo)致性能惡化，嚴(yán)重威脅設(shè)備安全。因此，與氫氣相關(guān)的部件、管道、閥門、泵和儲(chǔ)氫容器必須防止氫氣泄漏，安裝氫氣傳感器并實(shí)時(shí)監(jiān)控尤為重要。
3、輸氫：氫能實(shí)現(xiàn)安全應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一
目前，氫安全的研究領(lǐng)域主要集中在儲(chǔ)氫系統(tǒng)和輸氫系統(tǒng)上。儲(chǔ)氫和氫能運(yùn)輸?shù)陌踩允菤淠苄袠I(yè)能否完全市場化，最終實(shí)現(xiàn)安全應(yīng)用的兩個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。
氫氣輸送系統(tǒng)主要包括氫氣長管拖車、氫氣管道、專用運(yùn)輸船舶、液氫或氫漿槽罐車和低溫絕熱管道。由于氫氣沒有大規(guī)模應(yīng)用，目前管道運(yùn)輸發(fā)展緩慢，國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范沒有跟上。液氫運(yùn)輸也缺乏一定的規(guī)范，所以目前大多采用長管拖車。長管拖車的運(yùn)輸方式比較古老，直到現(xiàn)在液化天然氣都采用這種方式，非常安全。
4、加氫站:安全要求高，管理難度大
近年來，許多國家和地區(qū)已將氫能和燃料電池的發(fā)展提升到國家戰(zhàn)略水平。加氫站是支持氫燃料電池汽車發(fā)展的基礎(chǔ)設(shè)施，其建設(shè)數(shù)量和普及程度在很大程度上決定了氫燃料電池汽車的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。
加氫站的安全要求高于加油站，因?yàn)闅錃鉄o色無味，使得加氫站的安全管理更加困難。一般加氫站的主要設(shè)備包括:大容量高壓氫氣管束車、無油隔膜式氫壓機(jī)、加氫站高壓儲(chǔ)氣瓶組、高壓氫氣加注機(jī)、高壓氫氣專用閥件等。其中，由于儲(chǔ)氫時(shí)間長、容量大、壓力高，高壓儲(chǔ)氣瓶容易泄漏氫氣。
此外，由于氫氣具有擴(kuò)散系數(shù)大、爆炸極限寬、點(diǎn)火溫度低的特點(diǎn)，一旦發(fā)生泄漏，很容易引起爆炸和火災(zāi)，對加氫站周圍的生命財(cái)產(chǎn)安全造成巨大損失。
目前，加氫站在中國正處于發(fā)展階段。加氫站的管理辦法和審批辦法尚未統(tǒng)一，加氫站和氫能行業(yè)相關(guān)國家規(guī)范仍不全面。近年來，氫能相關(guān)國家規(guī)范也在不斷更新和補(bǔ)充。隨著氫能行業(yè)的發(fā)展，加氫站的建設(shè)速度將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過目前，加氫站的建設(shè)和運(yùn)特別是運(yùn)行安全，是后續(xù)加氫站管理的重中之重。
5、燃料汽車：確保車載供氫系統(tǒng)的安全
汽車供氫系統(tǒng)是燃料電池汽車的重要組成部分，是氫能的主要應(yīng)用領(lǐng)域之一。該系統(tǒng)主要由高壓儲(chǔ)氫瓶、加注口、安全閥、溢流閥、減壓閥、壓力和溫度傳感器組成。
一般來說，氫氣爆炸應(yīng)滿足燃燒的三個(gè)要素，即達(dá)到氫氣爆炸的極限，并施加靜電、明火或混合空氣溫度達(dá)到一定值。汽車壓縮氫鋁內(nèi)膽碳纖維完全纏繞氣瓶在使用過程中完全關(guān)閉，發(fā)生安全事故的可能性很小。
“保證車載供氫系統(tǒng)的安全主要從預(yù)防和監(jiān)控開始。在技術(shù)設(shè)計(jì)方面，不僅具有過溫保護(hù)、低壓報(bào)警、過壓保護(hù)、過流保護(hù)等功能，還考慮了碰撞安全、氫氣泄漏控制等因素；在零件制造方面，儲(chǔ)氫瓶和系統(tǒng)管道必須選擇合適的材料和保護(hù)結(jié)構(gòu)。”
氫能源在安全方面的優(yōu)勢
凡事有利有弊，氫能的安全優(yōu)勢也很重要:
氫氣具有很高的擴(kuò)散系數(shù)和浮力，泄漏時(shí)濃度會(huì)迅速降低。
如果發(fā)生爆炸，氫氣的爆炸能量是常見氣體中最低的。就單位體積爆炸能而言，氫的爆炸能量僅為汽油氣的1/22。
氫能安全利用的三個(gè)原則：
不泄漏，早發(fā)現(xiàn)，不積累
一是不泄漏，即防止氫，特別是壓縮氫系統(tǒng)的氫泄漏。為保證儲(chǔ)氫瓶、閥門、安全閥、管件、接頭和連接器、儀表和墊圈的可靠性，所選金屬材料應(yīng)與氫具有良好的相容性。
第二，早發(fā)現(xiàn)，即氫泄漏后可以早期發(fā)現(xiàn)。應(yīng)在易發(fā)生氫泄漏的部位設(shè)置高靈敏度的氫濃度自動(dòng)檢測儀表和報(bào)警裝置，一旦發(fā)生泄漏，可及時(shí)報(bào)警。
第三，不積累，即防止氫氣泄漏后的積累。加氫站儲(chǔ)氫瓶、氫壓縮機(jī)等有限空間應(yīng)具有良好的通風(fēng)性能，氫泄漏部位應(yīng)設(shè)置與氫檢測報(bào)警聯(lián)動(dòng)的防爆強(qiáng)制通風(fēng)設(shè)備。當(dāng)氫泄漏時(shí)，應(yīng)能夠快速啟動(dòng)強(qiáng)制通風(fēng)設(shè)備，使氫盡快擴(kuò)散到空氣中。
俗話說，安全不是小事。隨著氫能技術(shù)的發(fā)展，也鼓勵(lì)氫能產(chǎn)業(yè)鏈不同環(huán)節(jié)的企業(yè)和國內(nèi)相關(guān)部門在加快發(fā)展的同時(shí)，更加重視安全問題，將潛在風(fēng)險(xiǎn)消除在萌芽狀態(tài)。
中國汽車工程學(xué)會(huì)秘書長張進(jìn)華曾表示，人們習(xí)慣了汽油作為燃料，對氫氣缺乏了解。如果有必要的保護(hù)措施，就可以安全使用。因此，氫能的安全使用不僅要保證技術(shù)，還要提高公眾對氫能安全的認(rèn)識(shí)。
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