氢能利用中的安全问题和关键技术

氢能利用中的安全问题和关键技术

罗四刚

上海航天能源股份有限公司  上海 200040

摘要：自2019年氢能元年以来，中国氢能产业发展一直处于加速发展阶段，新冠肺炎疫情的发生虽然对社会经济生活造成较大影响，但对氢能产业影响相对较少。国际上，地缘冲突加剧了各国对化石能源严重依赖的恐惧，进一步激发了世界多国发展包括氢能在内的新能源来应对化石能源依赖的决心，给国际氢能贸易带来了更多的机遇。随着疫情的新变化，中国氢能产业发展迎来了新阶段，会面临新问题，同时充满新机遇。

关键词：氢能利用；安全；技术

1氢能技术发展现状与趋势

1.1多种制氢方式并存，电解水制氢技术不断取得突破

煤制氢和天然气等化石能源制氢技术成熟，最大单套制氢规模超过 10×10 4 m 3 /h。甲醇水蒸气重整制氢具有反应温度低、产氢率高等优点，在石化、制药、航天等领域均有应用，单套装置最大产氢量达 6×10 4 m 3 /h。氨分解制氢可获得含氢氮混合气体，在浮法玻璃生产过程中作为保护气，具有低成本优势。

电解水制氢被视为未来最有潜力的制氢技术。目前的技术路线主要为碱性电解水、质子交换膜电解水、固体氧化物电解水和阴离子交换膜电解水制氢。我国碱性电解水制氢技术较为成熟，最大单体制氢能力已达到 2000m 3 /h，系统单位能耗为 4.3(kW·h)/m 3 氢气。目前国内具备 1000m 3 /h 碱性电解槽生产技术的企业近 20 家，并已实现质子交换膜电解水制氢兆瓦级示范。康明斯公司（Cummins) 与中国石化成立合资公司，在广东佛山建设产能为 500MW/a 的质子交换膜电解槽工厂，计划于 2023 年投产。四川大学谢和平院士团队在海水直接制氢领域取得重大原创突破，实现了无淡化过程的海水原位直接电解高效制氢。

1.2　储氢事关平稳供给，绿氨成为储氢热点

未来利用可再生能源电力大规模制氢，风光出力条件好的时段制氢量大，风光出力条件不好的时段制氢量小，需要建设储氢设施削峰填谷，保障氢气平稳供给。国内 35MPa 高压气态储氢技术相对成熟，70MPa 高压储氢技术还在攻关示范阶段。液氢关键设备进口依赖度较高，技术整体处于攻关示范阶段。有机液体储氢在交通领域实现示范应用，氨和甲醇储氢质量密度大，适合长距离、跨季节储氢储能，近期有多个项目开展了工业示范。镁基固态储运氢实现吨级示范，工作压力不大于 1.2MPa，放氢纯度为 99.999%，循环次数超 3000 次。

1.3能源央企开展管道掺氢、管道输氢示范研究

管道是大规模输送氢气经济有效的运输方式。当前阶段氢气输送量小，为降低基础设施投资，天然气管道掺氢是合理选择。我国天然气管道掺氢现处在示范研究阶段，中国石油天然气管道掺氢比例达到 24%，管道总长 397km，输氢成本降至0.5 元 /（100km·kg 氢气）以下，仅为气罐拖车的1/10 。氢气长输管道优先选择低钢级无缝钢管，国内已建成 5 条纯氢管道，总长度约 109km。其中，中国石化巴陵—长岭氢气输送管道于 2014 年建成，全长 42km，主要输送纯度为 99.5% 的氢气，管道压力为 4MPa  ；中国石油玉门油田输氢管道长度为 5.77km，输氢能力为 1×10 4 m 3 /h  。2023年，“西氢东送”输氢管道示范工程被纳入《石油天然气“全国一张网”建设实施方案》，中国石化启动建设我国首个纯氢长输管道项目，管道起于内蒙古乌兰察布，终点位于中国石化北京燕山分公司，全长超过 400km，管道一期运力达 10×10 4 t/a，预留 50×10 4 t/a 的远期提升潜力。

2 氢能源安全风险控制措施

2.1各环节落实消防安全控制责任

对于生产加工氢能源的企业而言，消防安全责任人、安全管理人和一线员工都必须接受全面的消防安全培训，只有每个人都积极主动地履行自己的消防安全职责，才能营造出一种安全、和谐的企业氛围，从而有效预防火灾的发生。在日常生产经营活动中，每个岗位、每项作业都存在着安全隐患，一旦疏忽大意或操作失误，可能造成重大事故。因此，氢能源加工企业的消防安全责任人必须严格遵守国务院《消防安全责任制实施办法》的各项规定，依据法律、法规、制度，切实履行安全责任并制定内部消防安全工作方案，统一编制消防经费预算和计划，从上至下守护消防安全责任的关口。在企业内设立专职或者兼职的消防安全监督员，加强日常监督检查和督促整改工作，确保企业的消防安全管理工作落到实处。作为企业的消防负责人，必须全面贯彻和落实单位消防工作，严格执行公安部61号令的规定，定期进行防火检查和巡查工作，以确保企业的消防工具得到全面、有效的使用，同时定期进行消防知识培训和举办消防演练，以使员工充分了解火灾的危害和其法定的安全职责。在生产经营过程中，加强消防安全管理，建立完善的消防安全管理制度，确保人员生命安全。对消防设施进行有计划或不定期的突击检查，特别关注火灾报警系统和探测器的运行情况，以确保其正常运行，并按时完成消防工具的检验和校正工作，同时定期检查火灾报警系统的联锁运行状态。

2.2 完善法律法规

氢能相关企业要想做到真正的安全管理，就必须要充分发挥出法律规定的作用，构建完善的安全管理法律规定。而要想实现这一目标，就需要相关工作人员必须要充分了解氢能相关企业的实际生产情况，从论证的角度去了解安全生产法律规范的可行性，从而确保各项工作能够依法进行，明确氢能相关企业在生产期间的各项安全管理责任，为各项工作顺利进行提供法律保障。另外，在相关法律法规制定过程中，不仅要充分考虑国有企业，还要照顾到非公有制企业，根据诸多企业的实际发展情况来制定相关政策，进而推动氢能相关企业安全管理工作的发展。对于无法满足当前安全生产管理需求的法律政策，要进行及时清理，废除无用的法律规定，从而进一步完善安全生产法规和标准体系。

2.3培养企业安全管理人才

在氢能相关企业的安全管理过程中，建立完善的安全管理制度是必要的，因为专业管理人才的培养工作对于企业的安全运营至关重要。氢能源产业属于新兴行业，所以其安全管理模式也应当不断创新与改革。为了培养氢能生产安全管理人才，我们需要根据企业实际发展情况，采用多元化的方法，定期派遣内部骨干人才前往先进企业学习管理经验，或者邀请专业学者来企业进行检查，利用他们的先进经验和专业知识来制定完善的安全生产管理条例，不断加强优秀的青年人才培养，以避免人才断层的出现。此外，还应不断优化现有的安全管理模式，通过创新方式来促进安全管理体系不断完善，为氢能源产业的持续稳定发展提供良好保障。为了促进氢能相关企业的安全管理工作健康发展并提高整体社会效益，我们需要引进一批优秀的安全管理人才，以确保安全管理工作的有序进行，并在保证经济效益的前提下实现目标。

3结语

氢能作为未来最具发展潜力的二次能源，具有清洁低碳、灵活高效等突出优势，在面对全球低碳能源转型，实现世界“双碳”目标可持续发展的大背景下，发展潜力巨大。目前国内外氢能产业发展取得了一些进步，但是仍因一些因素的制约，氢能产业未得到革命性发展，需不断的进行改进和完善。

参考文献：

[1]于蓬,王健,郑金凤,张亮修,王恒元.氢能利用与发展综述[J].汽车实用技术,2019(24):22-25.

[2]汪广溪.氢能利用的发展现状及趋势[J].低碳世界,2017(29):295-296.

[3]冯文,王淑娟,倪维斗,陈昌和.氢能的安全性和燃料电池汽车的氢安全问题[J].太阳能学报,2003(05):677-682.