氢能利用中的安全问题和关键技术

王秋红

　　氢能零污染、零碳、无次生污染，是公认的清洁能源，被誉为21世纪最具发展前景的二次能源。氢能在解决能源危机、全球变暖及环境污染等问题方面将发挥重要作用。2022年3月，国家发展改革委、国家能源局联合印发《氢能产业发展中长期规划（2021-2035年）》，将氢能产业发展提升至国家战略层面。未来中国氢能供应体系将在制氢、储运、加氢各环节上重点突破，通过寻找更绿色经济的氢气来源，采用更高效的氢气制取方式、更安全的氢气运输渠道等，实现经济、高效、绿色、便捷的氢能供应目标。预计到2050年，氢能可在中国能源体系中占比约10%，氢气需求量约6000×104t，年经济产值超过10万亿元；将建设加氢站1000座以上，10000万kW燃料电池发电厂，3000km以上怎气长输管道，交通运输、工业等领域氢能善及应用，制选1000万辆燃料电池运输车辆，燃料电池车产量520万辆/年，固定式发电装置2万套/年，燃料电池系统产能550万套年，加氢站网络构建完成，具有完善的氢燃料基础设施及基于氢能的分布式功能系统。

　　氢气易燃易焊、爆炸极限宽（49%-75.6%）、点火能量低、扩散系数大且易对材料力学性能产生劣化影响。在制备、储存、运输、加注和使用过程中均具有据在的泄漏，火灾和爆炸风险、正因此类危险特性，氢能利用中的安全问题目前已成为制约其大规模使用的主要因素之一，而相关安全技术仍需要进一步的深人研究，方能为氢能产业的健康快速发展提供可靠保障。

　　氢能产业链基础设施具有关键零部件多、系统复杂，用材特殊、加工条件严苛等特点，氢能利用安全主要研究氢制取、储运、应用和氢能基础设施的安全问题，涉及氢泄漏扩散、氢火灾爆炸、氢与材料相容性、氢风险评估、氢安全仪器设备和规范标准等，相比之下，我国氢能发展起步晚，我国在风能、太阳能和生物质能等可再生能源制氢，固态储氢，高压储氢、输氢和加氢，先进燃料电池等关键技术方面进行了全面布局，取得了系列研究成果，但是相关核心技术和自主化设备研发技术还较为薄弱。

　　在制氢技术上，还需重点发展可再生能源制氢技术，主要是电解水制氢技术，同时兼顾碳氢燃料电池重整制氢技术，积极探索光/热化学水解制氢技术；在储运氢技术上、重点研究高压储（运）氢和固态储（运）氢技术，兼顾液态有机储（运）氢技术；在燃料电池技术上，重点发展PEMFC和SOFC技术，兼顾先进燃料电池技术创新；在氢安全保障技术上，亟需开展中大尺度的氢泄漏、火灾、爆炸试验研究，尽早实现氢能利用中从事故风险演化与灾变机理、安全评估与完整性、安全检测与监测预警，事故应急与保障机制等方面的技术难点攻关，突破氢能产业链成套关键技术和装备，形成技术标准体系。

　　氢安全保障技术包括制氢装备故障模式与安全风险识、制氢设施安全隐患早期监测预警技术、涉氢设备/材料和部件的安全可靠性测试评估方法及缺陷评估标准、氢能储运设施安全与完整性关键技术、掺氢管道超高清螺旋励磁检测技术。氢与储氢材料之间的相容性试验体系，氢能基础设施人工智能与大数据技术融合应用、氢能全生命周期安全智能管控平台技术、氢能输运基础设施服务网络重大危险源辨识方法、氢能输运突发事件监测预警与智慧应急决策，临氢承压储氢瓶/阀门/仪表等安全检测检验方法和标准体系等。在以上技术的大力发展下，全面开展可再生能面大规模制氢、储氢和输配示范，建立健全事故应急响应机制和氢能利用安全质量体系，力争有效保障氢能源产业的安全健康发展。