安全性是氢能产业化发展的基础和内在要求。近年来,随着氢能在交通、储能、工业等领域的应用规模逐步扩大,氢能安全面临新挑战。在业内人士看来,当前,在氢能应用场景逐步丰富、允许制氢加氢一体化站不再限于化工园区等情景下,进一步提升氢能安全技术手段,落实全产业链安全防护监测预警尤为关键。
■安全要求不断提升
近年来,全球氢能安全事故时有发生。2019年,韩国、美国、挪威不到20天时间里,发生3起加氢站等氢燃料配套设施的爆炸事件。在国内,2021年9月,湖南郴州市马田镇发生一起氢气爆炸事故,系人为违规制氢导致爆炸;2023年8月,江苏连云港东海县一石英制品公司内发生氢气泄漏并引发火情。
应急管理部上海消防研究所陈佳燕博士指出,氢气为甲类可燃气体,具有燃爆极限宽(体积浓度4.0%—75.6%)、最小点火能低(0.019mJ)、火焰传播速度快、爆炸强度大等特点,发生爆轰时火焰速度可达2000m/s以上,同时瞬间压力为原始压力的40倍。“氢气密度小、扩散速度快,发生泄漏时氢气极易扩散,而且管材氢脆现象也会引起安全问题。”
中国氢能联盟此前发布的数据显示,2023年全国氢能产量约3550万吨。值得注意的是,从2023年开始,广东、河北、内蒙古等多地允许制氢加氢一体化站不再限于化工园区。例如,今年4月,内蒙古自治区能源局等十部门发布《内蒙古自治区可再生能源制氢产业安全管理办法(试行)》明确,允许在化工园区外建设绿氢项目和制氢加氢一体站,绿氢项目不需取得危险化学品安全生产许可。
业内人士认为,此前制氢限制在化工园区是造成可用氢源有限、用氢成本较高等问题的重要因素之一,制约了氢能和燃料电池汽车产业的良性发展。随着目前多地政策“松绑”,氢能安全与规范管理愈发重要。中国汽车工程研究院政研咨询中心副主任王薛超认为,在此背景下,需围绕系统安全技术要求、安全评估及认证等方面加快安全管理规范研究,为安全生产检查及专项监督提供政策依据。
■难以精准定位
整体看来,虽然国内涉及氢能火灾爆炸事故较少,但事实上,在氢能制、储、运、加、用任何一个环节都存在泄漏爆炸风险。业内普遍认为,当前氢能事故主要集中在中下游储运及应用环节。
以氢燃料电池汽车消防安全问题为例,陈佳燕提到,目前氢气泄漏探测与精准定位难度大。“现有氢气探测传感器普遍存在响应速度慢、测量精度低、测量范围不足等问题,难以对氢燃料电池车车内、车外氢气泄漏情况进行快速监测。而且,不同涉氢场景(加氢站、隧道、车库等)下氢气泄漏扩散及浓度分布规律尚未探明,现有标准未明确规定不同场景下氢传感器的具体布置位置、间距、方法等设置要求,因此难以对氢燃料电池车应用场景下的氢气泄漏位置进行精准定位。”
同时,火灾风险识别与预警精准性不足。“氢燃料电池车高压氢气泄漏及加氢站火灾事故具有多形式、全链路、高耦合、非线性随机特征与多尺度动态等特性,一旦发生泄漏极易产生燃爆现象,亟需解决氢气泄漏后的快速预警与应急响应问题。”陈佳燕表示。
陈佳燕指出,现阶段缺乏针对氢燃爆阻火材料的研究,而传统阻火材料性能差、阻火器结构不完善,导致现有阻燃抑爆技术对氢气燃爆整体抑制水平低,难以实现快速、有效、全面抑制高压氢管道的燃爆。
■落实全链条安全监控
国家发改委、国家能源局2022年印发的《氢能产业发展中长期规划(2021—2035年)》指出,推动氢能产业关键核心技术和安全技术协同发展,加强氢气泄漏检测报警以及氢能相关特种设备的检验、检测等先进技术研发。积极利用互联网、大数据、人工智能等先进技术手段,及时预警氢能生产储运装置、场所和应用终端的泄漏、疲劳、爆燃等风险状态,有效提升事故预防能力。加强应急能力建设,研究制定氢能突发事件处置预案、处置技术和作业规程,及时有效应对各类氢能安全风险。
中国科学技术大学能源火灾安全研究所所长孙金华提到,涉氢系统泄漏致灾的全链条及早期检测预警方法是氢安全研究的重点之一。
江苏比利特企业管理集团有限公司总经理朱雄认为,需建立氢能产业全生命周期安全生产管理体系,纵向打通和改进氢安全预防、管控、处置、评估各阶段的责任划分、风险预警、应急调度、事故响应等内容,落实“制—储—输—加—用”全链条安全生产主体责任,推动风险关口前移,预防和减少事故的发生。
武汉理工大学安全科学与应急管理学院副院长陈先锋表示,需开展围绕氢泄漏—扩散—爆炸全链条监测预警、本质安全设计、安全防护与应急处置的理论基础研究及应急决策平台建设,构筑风险实时监测预警、安全防护与应急处置坚实防线,全面提升我国典型氢能场景泄漏—扩散—爆炸风险防控与应急处置能力。
此外,针对整个氢能全产业链,陈佳燕表示,基于加氢站火灾事故机理研究,要完善氢气基础设施风险评估技术,建立完善加氢站风险分级管控和隐患排查机制,提升加氢站运营消防安全管理水平。