中能觀察丨氫能安全風險不容忽視
來源：中國電力報 時間：2023-06-27 10:01
——專家熱議氫能應用現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)鏈高質(zhì)量發(fā)展
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近日，由中國石油化工集團有限公司主辦的氫能應用現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)鏈高質(zhì)量發(fā)展推進會暨專家咨詢委員會成立大會在北京召開。產(chǎn)學研大咖集聚，共話氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展之路。
“發(fā)展氫能產(chǎn)業(yè)，是保障國家能源安全的重要舉措，是構(gòu)建未來國家能源體系的重要方向，是用能終端實現(xiàn)綠色低碳轉(zhuǎn)型的重要載體。”中國工程院院士、中國石化董事長馬永生在致辭中表示。
以綠氫制備和燃料電池為龍頭
“未來，要以綠氫制備和燃料電池為龍頭，帶動氫能全產(chǎn)業(yè)鏈商業(yè)化?！敝袊茖W院院士、國際氫能燃料電池協(xié)會理事長歐陽明高開宗明義。
歐陽明高認為，在氫能技術(shù)鏈方面，技術(shù)創(chuàng)新核心環(huán)節(jié)是燃料電池/電解裝置，必須率先突破，選擇合理的氫儲運技術(shù)路線；在氫能價值鏈方面，已經(jīng)認知的價值是戰(zhàn)略價值，并由此催生了氫能熱，待開發(fā)的價值是商業(yè)價值，而商業(yè)價值的源頭是綠氫制取的經(jīng)濟性；在氫能產(chǎn)業(yè)鏈方面，要以綠氫制備的商業(yè)價值為推動力，以多元化、大規(guī)模商業(yè)示范應用為龍頭，帶動綠色氫能全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。
由歐陽明高率領(lǐng)的清華新能源團隊在上述領(lǐng)域取得了實質(zhì)性進展。
在燃料電池與氫能交通方面，該團隊從2001年開始就在國家新能源汽車重大科技專項中承擔燃料電池大客車項目，在膜電極、電堆、發(fā)動機和動力系統(tǒng)4個層次上進行整個鏈條的研發(fā)，目前已經(jīng)全部實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，并在張家口擁有萬臺燃料電池發(fā)電機工廠。在電解制氫方面，該團隊全方位布局了3種電解水制氫技術(shù)，包括SOEC、PEM、AEC。目前SOEC處于10千瓦級，從成本、壽命、研發(fā)的進度來看，還需要更長時間；PEM制氫技術(shù)在商業(yè)化應用中成本仍然較高；AEC堿性制氫技術(shù)應用在綠氫場景下仍有較大創(chuàng)新與提升空間。在綠色氫能儲運與加注方面，歐陽明高介紹，儲運的路線分為3種：短途的運輸，要靠壓縮氫氣；長途的國際氫交易，主流方式是把氫變成氨；長途大流量的輸氫，則需要管道運輸。該團隊提出了互補型一體化超快新能源補給系統(tǒng)方案，這將是電動汽車時代的“加油站”。
根據(jù)全球長時儲能委員會分析，未來可再生能源10%的發(fā)電量需要通過長時儲能技術(shù)實現(xiàn)長周期轉(zhuǎn)移。我國需要1.5萬億千瓦時的長時儲能，其中大部分需要氫儲能解決。
氫能安全風險管控勢在必行
“目前大規(guī)模清潔能源制氫多集中在距離城市較遠的地區(qū)，因此需要安全高效的大規(guī)模氫儲運方式，氫儲運已成為制約氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)?！鄙虾＝煌ù髮W氫科學中心副主任鄒建新指出。他認為，固態(tài)儲氫通過將氫固化在材料中從而獲得較高的儲氫密度，同時，在儲運過程中罐體內(nèi)的氣氫含量又相對較低，因此具有可逆性和安全性好的優(yōu)勢。
在中集安瑞科氫能業(yè)務中心總裁楊葆英看來，針對大規(guī)?？稍偕茉粗茪漤椖?，中低壓的球罐儲氫是目前最容易實現(xiàn)的一種物理儲氫的形式。
中石化石油化工科學研究院有限公司副院長林偉也指出：“固態(tài)儲氫具有高儲氫體積密度、高安全、放氫壓力調(diào)控靈活等優(yōu)勢，此外還可與部分制氫和用氫場景耦合?！?/p>
相較而言，鄒建新更為看好鎂基固態(tài)儲氫?！版V基固態(tài)儲氫具有低成本、高容量、高純度的優(yōu)勢?！彼硎荆覈V資源豐富，年產(chǎn)量約占全球的90%；鎂基材料在常見金屬材料中儲氫密度最高，且可以采用多種方式放氫。在技術(shù)方面，鎂基儲氫合金具有反應相對簡單、無副產(chǎn)物且控制性良好的優(yōu)勢。同時作為合金材料，鎂基儲氫材料易于回收且回收率高，對環(huán)境友好。
當然，鎂基儲氫材料也存在表面易被氧化導致吸放氫速率降低，以及長期循環(huán)使用過程中易發(fā)生衰減等問題。對此，鄒建新表示，通過在鎂顆粒表面形成催化位點的方式，可有效改善因表面氧化導致的吸放氫效率降低的問題；通過使用第二相分散的方式和形成多孔塊體結(jié)構(gòu)，可有效改善衰減問題。
不容忽視的是，更多應用也為氫能安全風險管控帶來新的挑戰(zhàn)。例如，在制氫過程中，如何做好各類大規(guī)模電解水制氫裝置和大規(guī)模儲氫裝置的安全防控；在氫氣運輸過程中，如何應對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等。
氫氣的安全防控在我國工業(yè)生產(chǎn)中并非新鮮命題。“要和管控天然氣安全一樣管控氫氣安全?！敝袊こ淘涸菏坎芟婧榻忉專瑲錃獾娜紵c爆炸濃度范圍遠大于天然氣。換言之，與天然氣相比，氫氣泄漏積聚到爆炸濃度下限需要更大的泄漏量或更長的泄漏時間。談及管控氫能安全風險的具體方法，他總結(jié)了16個字：預防為主、本質(zhì)安全、系統(tǒng)管控、防患未然。從技術(shù)角度來講，首先要系統(tǒng)開展氫能安全技術(shù)研究。形成以國家重點實驗室為主體，社會科技力量積極參與的氫能安全技術(shù)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。同時，需修訂和完善氫能安全國家標準。
“要建立對氫能系統(tǒng)各種設備、管道管件、閥門、儀器、儀表等進行檢測檢驗的機構(gòu)?！辈芟婧檠a充道，建設氫能設施檢測檢驗技術(shù)研究院技術(shù)要求高，資金投入大，還要有高素質(zhì)的人才隊伍，建議大型國企主動擔當，國家和地方政府對檢測檢驗技術(shù)研究院要有支持和扶持政策。
油氣企業(yè)發(fā)展綠氫有先天優(yōu)勢
“綠電、綠氫、人造太陽是新能源的‘三駕馬車’，全球已邁入‘氫熱時代’?！敝袊茖W院院士、中國石油新能源首席專家鄒才能判斷稱。
談及我國氫能發(fā)展模式，鄒才能認為，“在加快綠氫基礎建設方面，要像開發(fā)氣田一樣建設綠氫大基地。地上綠氫大基地和氫能管網(wǎng)的規(guī)劃建設，對我國綠氫工業(yè)的大發(fā)展至關(guān)重要?！彼A計，未來我國綠氫工業(yè)的潛力和規(guī)?？赡苓h超天然氣工業(yè)。
如何應對“氫熱時代”？鄒才能認為需構(gòu)建“地上生產(chǎn)+地下儲存+摻輸一體+多途利用”的綠氫工業(yè)技術(shù)鏈，加快綠氫工業(yè)體系建設，支撐“氫能中國”戰(zhàn)略目標。
在此過程中，問題更需正視?！艾F(xiàn)階段氫能技術(shù)存在四大矛盾，包括技術(shù)發(fā)展不充分與市場需求多樣化之間的矛盾、研發(fā)周期長投入大與產(chǎn)業(yè)短期收益之間的矛盾、成果轉(zhuǎn)化不通暢與產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)模之間的矛盾、攻關(guān)力量碎片化與技術(shù)創(chuàng)新體系化之間的矛盾?！编u才能坦言，這四大矛盾將影響氫能全產(chǎn)業(yè)鏈技術(shù)發(fā)展，需要系統(tǒng)解決。
“打造氫能應用現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)鏈，構(gòu)建以鏈帶面、織鏈成網(wǎng)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展新格局，是一項全新而又復雜的系統(tǒng)工程，既充滿機遇，更富有挑戰(zhàn)，沒有成熟經(jīng)驗可循?！瘪R永生呼吁產(chǎn)業(yè)鏈伙伴更加緊密地攜起手來，不斷探索、積極創(chuàng)新、大膽實踐。
記者注意到，在有關(guān)部委的指導推動下，國資央企加快布局氫能產(chǎn)業(yè)，已有超過40家中央企業(yè)布局氫能產(chǎn)業(yè)鏈。
國務院國資委副主任趙世堂表示，下一步，國務院國資委將指導推動中央企業(yè)加大氫能等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)布局力度，加快氫能產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新體系構(gòu)建，加強氫能基礎設施建設、加大重點領(lǐng)域的應用示范，培育多元氫能應用生態(tài)。
責任編輯：吳蘇靈
