真相还是误解 氢燃料电池汽车的“移动炸弹”之忧

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燃料电池汽车是新能源汽车的重要发展方向,近年来,党中央、国务院一直高度重视氢燃料电池汽车产业的发展,在2012年国务院发布的《节能与新能源汽车产业发展规划(2012-2020年)》中,曾明确提出了“燃料电池汽车、车用氢能源产业与国际同步发展”的战略目标。

为此,结合当前我国新能源汽车以及燃料电池发展现状,本报组织了四问氢燃料电池汽车系列报道,即《安全之问》《成本之问》《技术之问》《市场之问》四篇稿件,以大量一手的采访资料,真实展现氢燃料电池汽车产业链行业发展的现状、困境、痛点、需要解决的问题等,期望藉此对我国氢燃料电池汽车行业的未来发展有所助益,并在公众舆论与产业关注之间搭建起沟通了解的桥梁。本期为第一篇《安全之问》。

中国工业报记者 祁晓玲

11月28日,河北张家口一家化工厂的一场突如其来的爆燃事故,将氢能推向了风口浪尖。虽然最终调查显示事故与制氢没有关联,但氢能和氢燃料电池汽车的安全性再次受到公众质疑。

氢能是“移动炸弹”吗?

长期以来,由于普通大众,包括一些政府管理部门的相关人士,对于氢能缺乏足够的了解,对氢燃料电池汽车的安全问题存有疑虑,甚至有人还将燃料电池汽车想象成“移动炸弹”,谈“氢”色变。

一家国内大型生产氢燃料电池企业负责宣传的工作人员告诉中国工业报记者,每次在负责接待前来参观考察的人士时,被问得最多的问题就是“氢燃料电池安全吗?”其中不乏政府相关部门人士。这说明,一方面值得称道的是公众具有非常强的安全意识;另一方面令人担忧的是公众对氢能和氢燃料电池的安全性并不了解,甚至有误解。

那么,氢气作为能源、氢燃料电池汽车到底安全吗?对氢能的误解何来呢?前几年,街头巷尾、儿童游乐场随处可见高高飘起的,印有小朋友们喜欢的各种卡通图案的氢气球是人们能直接接触到的常见的物品,然而随着氢气球的畅销,其爆炸造成儿童和成人伤亡事故频发,后来国家明令禁止使用氢气充气,改为惰性气体氦气取代氢气,但氢气从此也成为人们印象中的“气体炸弹”。

近日,中国工业气体工业协会秘书长洑春干在接受媒体采访时表示,氢气是一种极轻、扩散性十分强的气体。但只要相关企业在生产装置设计、建造、生产、运输、应用等各个环节中严格按照相关法规和标准实施,氢能的安全性就能够得到保障。他认为,与常规能源相比,氢能具备一定的安全属性。一是氢气的扩散系数和浮力更大,泄漏时浓度可迅速降低;二是氢气的爆炸范围很宽,单位体积或单位能量的爆炸能很低,点火能不高,不产生浓烟和灰霾;三是泄漏速度快于常见燃料,但泄漏总能量不高。

清华大学教授毛宗强也持同样观点,他认为,每种能源载体都有其物理、化学、技术性等特有的安全问题。就氢气而言,它是一种极易燃烧,无色透明、无臭无味的气体。在开放空间中,氢气的扩散能力很强,氢泄漏或燃烧时,会很快地垂直上升到空气中并扩散。与汽油相比,由于氢的扩散系数是汽油的12倍,且密度远低于空气,因此,即使发生氢气爆炸,也只是发生在气源上方,汽油的爆炸则发生在燃料周围。从这方面看,汽油的危险程度远甚于氢气。

毛宗强在出版的《制氢工艺与技术》一书中强调:“氢是安全的能源。”他表示,目前已有整套的氢安全传感及执行装置,可及时测定氢气的泄漏并采取措施,将事故消灭在萌芽状态,保证氢气使用安全。

氢气球之所以爆炸伤人的前提是,一是气球里的氢气容易泄露,二是社会环境中难免会有烟头、烟花等明火。而氢作为能源,其产业链通常由制氢、储运和应用组成,其中制氢是产业链的第一环。目前,主流的制氢工艺主要有煤制氢、天然气制氢、石油制氢和可再生能源制氢等。

氢气如何实现储存安全?

在氢气储存方面,我们目前是如何实现安全使用的呢?张家口一家制氢企业的相关负责人向记者介绍,我国应用最为广泛的氢气储存方式是高压气态储氢。目前,我国已经实施能够适用于35MPa和70MPa的高压储氢瓶的相应标准GB/T35544-2017《车用压缩氢气铝合金内胆碳纤维全缠绕气瓶》。标准规定了车用压缩氢气铝内胆碳纤维全缠绕气瓶的型式和参数、技术要求、试验方法、检验规则、标注、包装运输和存储等要求,保障了高压储氢气瓶的安全性。

另外,针对车载高压气态储氢安全防护措施主要有:一是过温报警。储氢瓶上安装的温度传感器用来检测瓶内气体温度,传感器将温度信号发送到驾驶室仪表盘上,从而判断瓶内氢气是否超温。二是起火防护。当储氢瓶处于起火环境中时,温度传感器和压力传感器会检测到瓶内气体温度和压力的异常并切断氢气供应。同时,瓶阀上安装有压力泄放装置。三是过压保护。当储氢瓶中氢气压力过高时,能通过压力泄放装置自动泄压,保证储氢瓶在安全的工作压力范围之内。四是过流保护。当供氢管道断裂,溢流阀开启,进行过流保护,截断气体泄漏。五是氢气泄漏监控。储氢瓶电磁阀与氢气泄漏报警系统联动,当泄漏氢气浓度达到保护值时将自动关闭,从而切断氢气供应。

这位相关负责人表示,现有的防护措施能有效的解决高压车载储氢瓶的氢气泄漏、爆炸等问题。

据记者了解,目前中国已经出台了《加氢站技术规范》《加氢站安全技术规范》《氢气站设计规范》等一系列规范,以及《水电解制氢系统技术要求》等国家标准。其中《水电解制氢系统技术要求》规定,水电解制氢系统的自动控制、检测装置、软件应能够承受可能事故的发生,并能够在事故发生时即时报警、停机,并进行必要的妥善处理。同时,该要求还对水电解槽的安装及安装后的检查,氢气压缩机、氢气罐的安装,氢气/氧气管道、阀门及附件的安装等环节做出明确规定。

氢燃料电池汽车的运营安全吗?

近两年来,一些安全事故被媒体报道后,氢燃料电池车也被想象成的“移动炸弹”,而作为氢燃料电池汽车的供应商,福田欧辉客车方面认为,氢燃料电池客车并没有许多人想象的那么危险,反而相比传统客车更加安全。

福田欧辉氢燃料客车采用的是由北京亿华通和清华大学共同研发的碰撞-氢-电多重耦合技术,利用碰撞、氢、电安全性综合管理和互锁控制技术,给氢燃料电池客车带来绝对安全的保障,有效地降低高压氢瓶在车辆碰撞时发生直接碰撞或者移位的风险。

据了解,国内科研机构做了一系列有关氢燃料电池技术实况测验,其中包括,氢瓶枪机测试、氢瓶火烧试验、氢瓶泄露点火试验。三个实验结果显示:当子弹打穿35MPa氢瓶时没有发生氢气爆炸;将氢瓶进行火烧,氢气燃烧前一秒火焰最大,一秒之后火焰骤降,基本5~15秒后火焰熄灭,最重要的一点,即便是火烧氢瓶,氢瓶依旧没有出现爆炸。另外再以氢燃料电池汽车为例,与燃油车对比进行燃料泄露点火试验中,氢燃料电池汽车火焰是从后备箱向上窜,燃油车是油向下流淌,导致火焰从整车下部着火;一分钟后氢燃料电池汽车依旧只是氢气向上燃烧,对汽车基本没有损坏,而此时燃油车早已成为一个大火球。通过氢气的三个试验,我们可以看出氢气实际上要比燃油更加安全,氢气爆炸并没有人们想象中的那么容易实现。

走出实验室,氢燃料电池车在实际运行中安全吗?张家口公共交通总公司第六分公司技术副经理韩爱萍在这方面最有发言权,她所在公司正在运营的福田欧辉氢燃料电池城市客车刚刚被业内评为“2018行驶里程之王”。在投入运营的三个月中,以每天运营时间超过14小时,单车每天运行250公里,首批单车最大运行里程已经超过2.4万公里的成绩,成为氢燃料电池城市客车行驶里程最长的车型。据韩爱萍介绍,在安全方面,欧辉氢燃料公交车在整车配置方面设置两套视频监控系统,7个摄像头形成360度无死角监控;引入了环境感知、前部碰撞预警系统等技术,为了保障车外行人的安全,还使用了低速行驶语音提示系统;这批12米车交付使用前,其实验车分别完成涉水、碰撞和30000km可靠性路试,日均实验里程超过500km,充分验证了零部件和整车的安全性。

驾驶氢燃料客车的公交司机师傅程军平告诉记者:“现在的车辆安装了很多的传感器,足以保证车辆运营的安全性。”他表示,公司对整车进行了性能测试,防止氢气泄漏并在安装前和安装后对氢气瓶和管道进行气密性检测,要充分验证氢系统支架结构、各零部件链接的可靠性和安全性。车辆乘客舱部位的氢气管道无接头,氢系统/电器件有效隔离,在重点安全区域安装泄漏探测器,当氢气浓度超过1.6%时,仪表报警并切断氢气供应,保证乘客和车辆安全。

对于氢燃料电池汽车核心组成部分——氢燃料电池的安全性,中国工程院院士、中科院大连化学物理研究所研究员衣宝廉从发电原理的角度给予了证明。他表示,燃料电池的发电原理跟锂电池、锌锰干电池一样,具有效率高的优点。燃料电池的工作方式跟内燃机一样,电池发电部分和储能部分是分开的,出现问题只要把氢气和电池切断,燃料电池就不会燃烧和爆炸,所以燃料电池从整体上讲是安全的。

已经实现了氢燃料电池汽车量产的日本丰田汽车公司,对其安全性能有充分的自信,据丰田汽车相关人士介绍,他们从三个方面对安全性进行了保障。首先确保高压储氢罐的构造非常坚固,不会漏气。曾经进行的追尾事故模拟实验证明,从后方以80公里/小时的车速进行撞击,储氢罐不会遭到任何的伤害。其次,储氢罐周围布有探测器,一旦发生漏气,将会迅速地停止车辆,切断氢气传输。另外,利用氢气容易在空气中扩散的特性,在储氢罐的进口即气瓶阀的位置进行了特殊的设计,如果周边有起火或者达到非常高的温度的情况,这个阀门就会自动熔化,使氢气在空气当中迅速扩散,从而避免发生爆炸之类的危险。

氢能汽车到底安不安全?在业内专家看来,大众的误解在某些方面是将氢气与氢能混为一体。氢气是气体,而氢能是能源。对此,业内专家建议,需强调氢的能源属性。联合国开发计划署(UNDP)驻华代表处能源与环境处项目经理张卫东在接受记者采访时表示,如果政策将氢从危化品变成能源,储氢、运氢和加氢方面的限制能得到有效解决。“只要把氢的危化品帽子摘了,一切问题都迎刃而解。”他说。

全国政协副主席、中国科学技术协会主席万钢日前在政协座谈会上表示,“安全永远是第一位的。”的确,当关于氢能安全的概念、定义、标准,以及加氢站的安全标准和规范越来越明晰时,用户对氢能汽车的安全不再心存疑虑时,其发展才能越走越远,越走越快。

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