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氢能安全问题备受重视,如何升级检测装备助推氢风盛行?

文章作者:作者 人气:发表时间:2023-11-27 14:57:07

未来氢能的定位是将替代石油,我国是产氢第一大国,也是未来用氢大国,据预测,到2050年氢能在我国终端能源消费占比将达10%。无疑,加快氢能产业发展意义重大。

目前,国内氢能产业在产品性能测试和质量验证等方面的技术经验尚存不足,缺乏成熟的氢能装备性能检测和试验方法、标准以及基础设施,未形成完整的氢能装备质量评价体系和检测试验能力,严重影响我国氢能装备推广和安全应用进程。我们应加强对氢能装备检测领域的持续研究和投资,成立区域性氢能装备检测试验基地,形成覆盖全国的氢能装备检测网络,提升氢能装备检测水平。

氢能事故,总体风险损失可控

“梳理全球氢安全事件,总体上看,氢能事故造成的损失都不是特别大。”清华大学工程博士教学主任、车辆学院氢能与燃料电池学科责任教授杨福源表示,就整个工业而言,氢不是新气体,其安全问题也不是一个新问题。“人类用氢已超过80年历史,期间鲜见因氢气直接造成的大型灾难性事故。可以说,人类用氢的历史是安全用氢的历史,这是一个基调。”

在氢能交通领域,上海舜华新能源系统有限公司总工程师阮伟民指出,近两年来,国内尚未发生过燃料电池汽车氢安全事故,但其他领域的氢安全事故有所发生,如长管拖车氢气泄漏燃烧、氢气球爆炸等,但损失都有限。

氢气泄漏是氢能应用过程中最大的安全隐患,杨福源指出,氢泄漏安全防控可概括成“三防两严”,“三防”指防泄漏、防集聚、防点火,其中任何一种情景发生,就意味着风险存在。“两严”指严控氢气品质以及严格流程管理。“在应用过程中,只要能严格贯彻‘三防两严’方针,就不会发生大的安全事故。”

以氢燃料电池汽车为例,阮伟民认为,其安全风险并不比LPG、CNG和LNG汽车高。“氢能在交通领域潜在的安全风险主要集中在使用环节,由于车载储氢系统储氢压力高,氢分子小且容易泄漏,但如果储氢系统维护保养到位,燃料电池汽车进入受限空间可以保证安全。”

氢能安全问题备受重视,如何升级检测装备助推氢风盛行?

“双碳”目标下,多元应用带来新风险

“双碳”目标下,氢能不再局限于化工领域,也由此带来诸多新变化。在杨福源看来,最重要的变化之一就是更多非专业群体接触氢气,更多用氢场景出现,广泛用氢的氢能社会出现新挑战。“不熟悉氢或对氢没有安全概念,并且试图滥用氢,都会引致安全风险。

具体哪些应用场景存在风险?杨福源指出,首先是二手高压储氢容器安全状态监测不到位的风险。“比如,氢气瓶使用循环次数是1万次,已充放8000次,后面2000次使用过程中储氢瓶的安全状态不能保障,另外储氢瓶是否存在撞击等情况对安全状态也有影响。“在这一点上,科技部近年成立了一些研究课题,重点研究解决储氢瓶的安全状态监测难题。”

“其次,是氢气品质监控不力带来的风险。”杨福源举例称,去年湖南郴州马田镇的爆炸事故,就是因为将制出的氢气存储于液化石油气瓶,氢气不纯且氢氧混合点火能量极低,导致爆炸。“只要存在与空气或氧气掺混的可能,氢气的安全风险就会立刻提升,所以品质监控必须加强。”

“最后,是氢气和其他高能量密度的可燃蒸汽或可燃气体混合时带来的风险。”杨福源说,氢气体积能量密度低且易燃,当与其他高能量密度气体混合时,就能成为导火索并引发风险。”

随着氢能产业规模不断扩大,加氢站等对技术工人的需求也在增加,重视并加强人为风险防控尤为必要。阮伟民认为,应提高操作人员的责任和安全意识,经培训持证上岗,严格遵守安全操作规程,做好技防设施的定期检验和日常巡检,才能将安全风险降至最低。

氢能产业链,入局企业机构持续增多

根据新兴产业研究和顾问公司势银测算,综合考虑宏观形势、国家政策、地方规划等多种因素,到2025年,我国燃料电池汽车保有量有望超过7万辆,相关测试设备市场规模预计将超20亿元。

市场向好背景下,近年来,国内燃料电池测试设备的生产企业及检测中心不断增多。总体来看,在国内测试设备市场中已经有锐格新能源、科威尔、氢导智能、群翌能源、大连景源等多家企业,能够满足大功率燃料电池产品及部分电解水制氢装备的测试。

氢能安全问题备受重视,如何升级检测装备助推氢风盛行?

同时,已经建成的氢能检测中心,如航天101所、北京低碳院、长城氢能检测中心、天津机动车检测中心、上海机动车检验中心、重庆中汽研氢能中心、中汽研襄阳达安机动车检验中心等,检测内容基本实现对整个产业链的覆盖。

“氢能产业链非常长,在储运加环节,氢能装备测试更关注的是非金属材料、氢气兼容性、整个压力容器、储运安全等;在制氢端主要涉及电解槽,用氢端主要涉及燃料电池,测试过程比较复杂,涉及到温度、压力、电化学,电力电子等非常专业的技术。”科威尔氢能事业部副总经理阚宏伟对记者表示,目前,国内主要测试设备企业主要布局燃料电池和电解槽测试领域。“2017年,科威尔开始进入燃料电池测试领域,我们看到绿氢产业巨大发展前景,并着手开始电解水制氢测试设备的布局。”

技术有所加强,仍需加大研发投入

在政策、市场需求等多重因素推动下,国内燃料电池系统以及电解槽正向大功率快速迭代升级,这也对生产测试设备提出了新需求。

“通过布局氢能装备测试业务,我们发现,近几年燃料电池产品迭代速度非常快,一些核心关键材料其实已经可以实现国产化,燃料电池系统的性能指标状态也和国外差异不大。”阚宏伟指出,对测试设备企业、机构来说,面对测试对象的不断迭代,需要重新思考规划产线和测试设备解决方案。

值得关注的是,目前已经有不少测试设备企业针对大功率燃料电池及大功率高压电解槽推出了新测试设备。以科威尔为例,阚宏伟介绍,为应对大功率燃料电池检测需要,科威尔推出EIS大功率诊断设备、400kW电堆测试台架等成套检测设备,EIS大功率交流阻抗弥补了电化学工作站在百千瓦级别以上电堆和电解槽交流阻抗测试盲区,具有定频模式和扫频模式,可满足当前大功率电堆高电流条件下的阻抗测试需求。

此外,相关氢能检测机构也针对氢能产业各环节检测现状不断填补检测市场空白。今年9月,大连氢能检测中心完成一期建设,启用后将成为国内第一个能够完全测试基于新国家标准GB/T42612《车用压缩氢气塑料内胆碳纤维全缠绕气瓶》和GB/T42536-2023《车用高压出氢气瓶组合阀门》的全部产品范围的机构。同时,该中心也是国内首个具备大于标准容积范围的高容积氢气瓶涉氢试验能力的型式试验机构。

氢能安全问题备受重视,如何升级检测装备助推氢风盛行?

不过,市场加速发展背后也有隐忧。记者了解到,由于氢能尚属新兴产业,氢能测试设备企业中很多为新注册企业,产品构成单一、设备实际运行时间短、专业技术人才短缺。同时,进入测试赛道的企业中也有不少由锂电测试、光伏测试等跨界到燃料电池电堆测试,高校、科研院所也会临时搭建测试台架。总体来看,国内长期专注于氢能测试设备的研发及生产企业数量不够多。

TüV南德北亚区氢能业务负责人兼大中华区工业服务部总监SimonLemin建议,检测认证机构应以客户需求为导向,加强技术创新,因地制宜;同时,加强与科研机构、企业的合作,并为企业和机构搭建国内外技术支持与经验交流平台。

此外,技术标准体系不完善、涉氢检测标准不统一,也成为产业发展的阻碍。“对于燃料电池的检测标准,目前已趋于完善,只是有些标准需要不断更新迭代,比如,在低温冷启动方面,现有的推荐标准已经不太适合当前使用要求,需要尽快更新。”阚宏伟指出,在电解水制氢领域,公认的权威的标准仍然缺失,希望未来相关科研机构、检测机构能够联合行业测试设备企业共同制定行业标准,推动产业进步。