在雙碳目標的大背景下,氫氣的清潔能源屬性更加受到重視,新的應用場景日益增多,由此也為氫能安全風險管控帶來新的挑戰(zhàn)。
氫的化學性質非常活潑,是一種極易燃燒的氣體,爆炸極限為4.0%~74.2%。相比汽柴油,氫的危險性更大。因此,發(fā)展氫能產業(yè)安全問題不可小覷。
氫氣的安全防控在石化產業(yè)中并非新事物。
氫氣廣泛應用于石油煉制、甲醇及合成氨等生產中。2021年,我國氫氣產量超過3300萬噸,在制氫與用氫中石化企業(yè)已積累了不少安全管控經驗。但隨著氫能產業(yè)的生產規(guī)模和應用范圍快速擴大,其安全風險管控愈發(fā)凸顯。
從全球范圍內來看,氫能安全事故時有發(fā)生,其中氫氣泄漏是最大的安全隱患。近年來,此類事故上升趨勢明顯。例如,2019年,韓國、美國、挪威曾在不到20天的時間里,發(fā)生3起加氫站等氫燃料配套設施的爆炸事件。
國內也不例外。
2015年6月28日,內蒙古鄂爾多斯的一家化工企業(yè)發(fā)生一起氫氣泄漏爆炸事故,造成3死6傷;2009年12月30日,某電廠發(fā)電機氫氣爆炸至4死1傷;2009年8月13日,江蘇連云港東?h一家工廠內發(fā)生氫氣泄漏并引發(fā)火情。
這一系列氫氣事故引起了人們對氫能安全性的更大關注和擔憂。
氫能產業(yè)鏈長且分布廣泛,分為上游制氫、中游儲氫和下游應用三大環(huán)節(jié)。
每個環(huán)節(jié)都有不同程度的安全隱患。任何一個環(huán)節(jié)出現問題,引發(fā)的事故都可能影響氫能發(fā)展勢頭,進而阻礙氫能產業(yè)的大眾接受度和發(fā)展進程。
在生產環(huán)節(jié),與氫氣相關的設備、管路、閥門、泵、儲氫容器等都存在泄漏的可能。
在存儲環(huán)節(jié),儲氫容器也會因操作失誤及材料問題而發(fā)生安全事故。如高壓儲氫容器屬于壓力容器,如果氫氣罐因操作不慎混入其他氣體,在一定條件下會發(fā)生化學反應進而爆炸。同時,某些儲氫材料長期在氫環(huán)境下工作,會出現氫脆帶來的性能劣化現象,由于氫脆只可防,不可治,氫脆一經產生,將嚴重威脅設備安全。
在應用環(huán)節(jié),泄漏風險也會威脅到氫燃料電池車的安全運行。
因此,加強氫能安全研究及管控,是我國發(fā)展氫能的關鍵環(huán)節(jié)。
在制氫過程中,要落實各類大規(guī)模電解水制氫裝置和大規(guī)模儲氫裝置的安全措施;
在氫氣運輸過程中,要管控好高壓氣瓶運輸中氫氣裝瓶、車輛行駛、氫氣卸車全過程的安全風險;
在氫能的各種運用環(huán)節(jié),要有效防控氫氣泄漏這個最大的安全隱患。
從已發(fā)生事故看,氫能事故主要集中在下游的應用環(huán)節(jié)。
特別是在燃料電池汽車全生命周期內,氫氣的意外泄漏幾乎難以避免,同時氫燃料電池汽車又恰好提供了強電環(huán)境,兩者結合,進一步增加了意外點火的可能性。
因此,氫能安全更多集中在包括燃料電池汽車在內的相關產業(yè)鏈下游應用領域。氫氣從產到用全過程中,只要做到不泄漏、泄漏后不積聚、泄漏后及時發(fā)現,就能避免燃爆事故的發(fā)生。
以下幾點建議供參考:
一要系統(tǒng)開展氫能安全技術研究。要形成以國家重點實驗室為重點,涉氫企業(yè)為主體,社會科技力量積極參與的氫能安全技術研究體制,堅持問題導向和發(fā)展目標導向,總體規(guī)劃,加大投入。
二要制定完善氫能安全國家標準。要充分發(fā)揮行業(yè)協(xié)會作用,梳理氫能安全國家標準,從氫能全產業(yè)鏈安全管控的要求出發(fā),進行頂層設計,制定、修訂、完善標準規(guī)劃,盡早形成系統(tǒng)完整的標準體系。
三要建立氫能系統(tǒng)檢測檢驗機構。要建立包括各種設備、管道管件、閥門、儀器、儀表等的檢測檢驗機構,加強專門人才隊伍建設,政府對檢測檢驗技術要有支持和扶持政策。
四要加強從業(yè)人員的安全教育。已發(fā)生的事故表明,氫能安全事故更多發(fā)生在人的操作失誤方面。因此,提高氫能全產業(yè)鏈環(huán)節(jié)的從業(yè)人員安全意識,加強人的安全素質能力培訓,更顯得緊迫和必要。