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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。氫能是雙碳目標下的重要能源之一。如今，全球氫能產(chǎn)業(yè)已進入快速發(fā)展軌道。
氫能的概念雖然如此火爆，但有一個話題無法避免——氫能的安全性。
在許多人的認知中，氫的風險系數(shù)很高，畢竟氫氣球爆炸、儲氫罐爆炸等事故讓很多人談氫色變。正因為如此，氫燃料電池汽車也被貼上了安裝在輪子上的“氫彈”標簽。
但真的是這樣嗎？許多業(yè)內(nèi)專家認為，恐懼來自未知。
對氫氣危險性的科學認識
要確定一種能源的安全性，首先要了解它的特性。清華大學教授毛宗強認為，每種能源載體都有其獨特的安全問題，如物理、化學和技術。
氫氣是無色無味的，具有易燃、易爆、易擴散、易發(fā)生氫脆等特點，氫泄漏后與空氣混合，遇明火、靜電時會發(fā)生燃燒或爆炸。因此業(yè)界談氫變色。但氫氣并非不可預測，其安全風險是可控的。氫氣爆炸極限為體積密度達到4.0%~75%，即氫氣在空氣中的體積濃度在4.0%~75%之間時，遇火源時會爆炸，而氫氣濃度小于4.0%或大于75%時，即使遇到火源，也不會爆炸。
如果從爆炸極限、可擴散性和燃燒性來看，與汽油、丙烷和甲烷相比，氫的安全性遠遠高于這些燃料。氫氣擴散迅速，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，不可避免地會發(fā)生大大小小的安全事件。有相關研究機構對氫能相關事故原因進行了統(tǒng)計分析。在眾多事故原因中，前三名是設備本身的質(zhì)量問題。氫能系統(tǒng)的設計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)直接相關的設備問題。
氫能產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的安全特點和難點
氫能產(chǎn)業(yè)鏈分為三個環(huán)節(jié)：上游制氫、中游儲氫和下游應用。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)運營以來沒有發(fā)生過嚴重的氫安全事故，但整個氫產(chǎn)業(yè)鏈仍存在需要時刻關注的危險點。
1、制氫：目前系統(tǒng)、設備等安全方面相對成熟
制氫有幾年的基礎。基于中國幾十年的工業(yè)氣體生產(chǎn)經(jīng)驗，形成了相對成熟的商業(yè)技術（水電解、變壓吸附凈化等）和相對完整的標準體系，以氫源安全為核心，明確了系統(tǒng)技術條件、安全要求等關鍵內(nèi)容。
制氫提取過程很多。設備設施復雜，需要從氣態(tài)到液態(tài)再到氣態(tài)進行轉(zhuǎn)化。一旦管道或容器的安全監(jiān)控和預警技術不到位，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。
氫氣對制氫機的腐蝕。水電解制氫設備的氣液出口存在嚴重的腐蝕和磨損現(xiàn)象，隨著設備氣體產(chǎn)量的增加，磨損現(xiàn)象變得更加嚴重。在制氫過程中，氫分子很小。一旦隔膜出現(xiàn)問題，氫分子就會滲入氧室，這將導致氫純度下降和制氫設備的風險。
2、儲氫：確保儲氫安全是重中之重
眾所周知，為了保證煤炭、石油等氫能，方便消費者日常使用，如何保證儲氫安全是重中之重。
據(jù)了解，高壓氣態(tài)儲氫是目前全球氫能賽道上常用且技術發(fā)展成熟的儲氫方式。高壓氣態(tài)儲氫要想安全有效地使用，離不開一個小零件——瓶口組合閥。
儲氫容器也容易因操作失誤和材料問題而發(fā)生安全事故。高壓儲氫容器屬于壓力容器，事故往往是由于使用過程中沒有嚴格按照標準和操作規(guī)范造成的。比如氫氣罐與其他氣體混合，在一定條件下會發(fā)生化學反應爆炸。同時，一些儲氫材料長期在氫環(huán)境中工作，會導致性能惡化，嚴重威脅設備安全。因此，與氫氣相關的部件、管道、閥門、泵和儲氫容器必須防止氫氣泄漏，安裝氫氣傳感器并實時監(jiān)控尤為重要。
3、輸氫：氫能實現(xiàn)安全應用的關鍵環(huán)節(jié)之一
目前，氫安全的研究領域主要集中在儲氫系統(tǒng)和輸氫系統(tǒng)上。儲氫和氫能運輸?shù)陌踩允菤淠苄袠I(yè)能否完全市場化，最終實現(xiàn)安全應用的兩個關鍵環(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)模應用，目前管道運輸發(fā)展緩慢，國家標準和規(guī)范沒有跟上。液氫運輸也缺乏一定的規(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)展的基礎設施，其建設數(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)化進程。
加氫站的安全要求高于加油站，因為氫氣無色無味，使得加氫站的安全管理更加困難。一般加氫站的主要設備包括:大容量高壓氫氣管束車、無油隔膜式氫壓機、加氫站高壓儲氣瓶組、高壓氫氣加注機、高壓氫氣專用閥件等。其中，由于儲氫時間長、容量大、壓力高，高壓儲氣瓶容易泄漏氫氣。
此外，由于氫氣具有擴散系數(shù)大、爆炸極限寬、點火溫度低的特點，一旦發(fā)生泄漏，很容易引起爆炸和火災，對加氫站周圍的生命財產(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)相關國家規(guī)范仍不全面。近年來，氫能相關國家規(guī)范也在不斷更新和補充。隨著氫能行業(yè)的發(fā)展，加氫站的建設速度將遠遠超過目前，加氫站的建設和運特別是運行安全，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，是氫能的主要應用領域之一。該系統(tǒng)主要由高壓儲氫瓶、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，氫氣爆炸應滿足燃燒的三個要素，即達到氫氣爆炸的極限，并施加靜電、明火或混合空氣溫度達到一定值。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)的安全主要從預防和監(jiān)控開始。在技術設計方面，不僅具有過溫保護、低壓報警、過壓保護、過流保護等功能，還考慮了碰撞安全、氫氣泄漏控制等因素；在零件制造方面，儲氫瓶和系統(tǒng)管道必須選擇合適的材料和保護結(jié)構。”
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:
氫氣具有很高的擴散系數(shù)和浮力，泄漏時濃度會迅速降低。
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)。應在易發(fā)生氫泄漏的部位設置高靈敏度的氫濃度自動檢測儀表和報警裝置，一旦發(fā)生泄漏，可及時報警。
第三，不積累，即防止氫氣泄漏后的積累。加氫站儲氫瓶、氫壓縮機等有限空間應具有良好的通風性能，氫泄漏部位應設置與氫檢測報警聯(lián)動的防爆強制通風設備。當氫泄漏時，應能夠快速啟動強制通風設備，使氫盡快擴散到空氣中。
俗話說，安全不是小事。隨著氫能技術的發(fā)展，也鼓勵氫能產(chǎn)業(yè)鏈不同環(huán)節(jié)的企業(yè)和國內(nèi)相關部門在加快發(fā)展的同時，更加重視安全問題，將潛在風險消除在萌芽狀態(tài)。
中國汽車工程學會秘書長張進華曾表示，人們習慣了汽油作為燃料，對氫氣缺乏了解。如果有必要的保護措施，就可以安全使用。因此，氫能的安全使用不僅要保證技術，還要提高公眾對氫能安全的認識。
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