氢能全产业链安全监管的突出问题与对策研究.docx

氢能全产业链安全监管的突出问题与对策研究当下氢能产业在全球范围内发展势头迅猛，前景广阔.但目前我国氢能产业链全流程监管尚未理顷，涉氢产业链安全风险仍需高度重视.本文通过系统梳理氢能产业链主要构成,归纳总结现阶段国内外氢能产业链涉及的安全风睑与氢能产业安全监管政策标准中存在的问题，从"制储输用"全流程视角提出推动氢能全产业链安全监管体系建设的对策建议.近年来，氢能产业受到各级政府的高度重视，技术创新的突破和系列产业政策的出台推动氢能产业力腱迸入成长期,绿色低碳转型、产业升级的“氢时代”已经悄然来临.但是，受制于氢能工业原料和能源燃*斗的双重属性，长期以来，氢时制储输用"全流程监管没有真正理顺，相应的法律法规和标准体系也相对薄弱，与蓬勃发展的产业市场形成巨大反差，潜在的风险隐患不容忽视，推动构建氢能制、储、输、用全产业链安全监管体系迫在眉睫。一、氢能产业犍的主要构成及发展现状和前景（一）氢能产业链的主要构成氢能作为一种高效、清洁、可再生的能源,在全球范围内受到越来越多的关注。氢能产业链包括上游制备、中游储运、下游应用三个环节。在上游制备环节，氢能主要有三种较为成熟的技术路线：一是以煤炭、天然气为代表的化石燃料制氢，即"灰氢"，成本相对较低，但在整个工艺流程中碳排放量较高；二是以焦炉煤气、氯碱尾气、丙烷脱氢为代表的工业副产品制氢，即"蓝氢"，可捕获温室气体，能够减少生产过程中的碳排放量；三是以碱性电解水、质子交换膜电解水为代表的电解水制氢，即"绿氢"，具有纯度高、无污染等优点，是氢能制备的重要发展方向.中游储运是氢能产业链的重要一环。根据氢的存在形态不同，储存主要分为气态储氢、液态储氢和固态储氢.其中气态储存成本低、充放速度快、能耗低、可在常温操作,但由于气态氢空度低,导致储存体积过大，增加运输难度，并且存在储氢容器氧气泄漏和爆炸等安全隐患.，氐温液态储氢和固体材料储氢具有更高的储存空度和安全性，但成本较高，有待进一步的技术创新和成本幽氐.这决定了当前氢主要是气态输运，包括高压气氢拖车和管道输运两种方式.高压气氢拖车是氢气近距离输运的重要方式，技术较为成熟，目前应用广泛。管道输运包括纯氢管道输送和天然气掺氢管道输送，是实现氧气大规模、长距离运输的重要方式,具有输氢量大、运行压力较低、能耗小、成本低等优势，但运输管网前期投入成本较高，且建设难度大，目前还没有实现规模化的发展和应用.在下游应用环节，氢能在工业（如化工、原油厂炼油、炼钢等）、交通运输（如航空、道路交通运输等）、储能（如储能电站、加氧站等）、发电（如替代天然气作为补偿电源等）、供暖和制冷（如热电联供等）等多个领域均有应用（如图1）.其中，工业领域氢用量大、用氢技术成熟，存在绿氢替代灰氢的减碳空间，是短期内氢能最主要的应用领域.此外，氢能在交通、电力等全球玻排放的重要来源领域扩展迅速,在重载交通工具、长时储能等领域潜力巨大，氢燃料电池和加氧站是近年的发展热点，将成为整个氢能产业链中的重要增长点.（二）国内外氢能产业发展现状在全球范围内，氢能的应用正在逐步扩大，一些主要发达国家和经济体经过几十年的探索，逐步将其提升为推动能源转型的重要战略选择.美国在1970提出了"氢经济”的概念，逐步把氢能纳入国家能源飒。从20世纪90年代开始,美国政府的氢能政策从技术研发到推广应用，逐步深入到产业发展，并在应对气候变化的目标下不断提升氢能的战略地位.2002年发布国家氢能发展路线图,将氢能产业从愿景转入实践.2021年2月，美国重新加入巴黎气候协议,进一步推动包括氢能在内的技术研发和规模化应用.当前，美国年氢气消耗量超过I1.OO万吨，占到全球需求的13%.同时，在氢燃料电池汽车市场规模，以及加氢站的利用率上，美国也居全球领先水平。欧盟一直致力于清洁能源的发展,近年来正大力推动氢能的市场化进程.2019年，欧洲燃料电池和氢能联合组织主导发布了欧洲氢能路线图：欧洲能源转型的可持续发展路径，将大规模发展氢能视为实现脱跌目标的必由之路.2020年，欧盟委员会正式发布了气候中性的欧洲氢能战略，宣布建立欧盟清洁氢能联盟。当前，欧盟已安装超过140兆瓦的电解水专用制氢设备，大规模的输氢菅道建设也已经开始布局.据2022年欧洲氢能源报告，欧洲的氢能源项目已经超过100个，涵盖从电力生产到交通运输等多个领域.同时，欧洲计划到2030年氢能源将为其提供总能源20%的需求。日本作为能源资源相对贫乏的国家，20世纪70年代就开始研发氢燃料电池技术，是最早推动氢能全面应用的国家之一依托其国内汽车产业的雄厚基础，氢燃料电池汽车成为日本氢能产业链下游推广应用最早的重要领域.2011年福岛核泄漏事故之后,清洁高效的氢能成为日本政府的重要战略选择。2014年,日本在能源基本计划中提出建设“氢能社会”的愿景，强调要扩大氢气来源和拓宽应用场景.2017年发布的氢能基本战略迸一步把氢能的应用推广到交通、家庭以及工业原料等更广泛的领域.2019年3月，日本发布第三次修改的氢能及燃料电池战略发展路线图,提出到2025年全面普及氢能交通，实现氢能发电商业化的目标.韩国是采用氢技术最活跃的国家之一.2019年，韩国发布氢能经济发展路线图，计划打造服务于交通和电力领域的世界最大的氢燃料电池市场，推动可持续能源的发展.2020年2月，韩国颁布全球首个促进氢经济和氢安全的管理5去案一促进氢经济和氢安全管理法。2021年，韩国发布氢经济发展基本规划，提出到本世纪中叶氢能将占韩国最终能源消耗的33%、发电量的23.8%,成为超过石油的最大能源。国内对氢能的研究和开发起源于20世纪60年代，但长期集中在航天领域.进入新世纪后,国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)和国家"十一五”科学技术发展规划均将发展氢能和燃料电池列入相关板块.2019年政府工作报告提出"推动充电、加氢等设施建设"。这是氢能首次被写入政府工作报告。2020年4月发布的中华人民共和国能源法(征求意见稿)，将”氢能"纳入能源范崎；同年9月，财政部、工业和信息化部等五部委发布关于开展燃料电池汽车示范应用的通知，采取“以奖代补”的形式鼓励符合条件的地区开展燃料电池汽车示范应用。2021年9月中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见提出，要统筹推进氢能"制储输用"全链条发展，推进可再生能源制氢，加强氢能生产、储运、应用关键技术研发、示范和规模化应用.总体上看，国内氢能产业已经初具雏形.一是氧气产能不断提高.我国年产氢气超过2000万吨，已经成为世界第一产氢大国。二是加氢网络逐步形成，截至2023年6月底，我国共有加氢站385座，其中在营加氢站280座，新增加氢站数量、在营加氢站数量及加氢站总数均位居全球第一。三是氢能应用场景广泛.在交通领域，氢燃料电池汽车市场进入商业化初期；在工业领域，氢能冶金、绿氢化工项目加速落地；在建筑领域,“氢进万家"探索氢能应用于空间供暧、制冷、烹饪和备用能源等.四是产业集聚效应初显.全产业链规模以上工业企业超过300家，集中分布在长三角、黑港澳大湾区、京津英等区域。五是大型央企陆续入局，为氢能产业走向成熟提供了重要支撑.据不完全统计，目前超过三分之一的央企基于自身优势，已经在围缪制、储、力口、用"进行全产业链布局，在实践中取得了一批技术研发和示范应用成果.（三）氢能产业发展前景全球氢能发展的推动逻辑，一是从环保角度出发实现清洁能源转型，典型如欧盟，在碳市场（EUETS）框架之下，各国都肩负着脱碳的任务；二是从能源安全角度，希望通过氢能革命摆脱对化石能源的严重依赖,典型如日本、韩国，俄乌冲突也i2一步推动欧盟将发展氢能作为能源安全的重要方向；三是出于经济原因，意图保持产业领先地位，典型如美国、澳大利亚以及沙特等中东国家。据国际氢能委员会（HydrogenCounciI）预测，到本世纪中叶氢能在全球能源消费的占比将达18%,氢经济的市场规模预计高至2.5万亿美元.中国氢能联盟预计，到2030年，中国氢气需求量将达3500万吨，在终端能源体系中占比5%,到2050年将进一步提升到10%,特别是在交通领域，氢能将实现从辅助能源到主力能源的跨越式转变。2021年3月，中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要提出发展氢能等面向未来的新兴产业，这是氢能首次进入"五年规划2021年10月，中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见印发，提出统筹推进氢能"制储输用"全链条发展.2022年3月，国家发改委、国家能源局联合印发氢能产业发展中长期规划（2021-2035年），明确了氢能是未来国家能源体系组成部分的重要定位，将氢能视为构建绿色低碳产业体系、打造产业转型升级的新增长点.按照这一僦!，2025年初步建立以工业副产氧和可再生能源制氢就近利用为主的氢能供应体系；到2030年,形成较为完备的氢能产业技术创新体系、清洁能源制氧及供应体系；到2035年，形成氢能产业体系，构建多元氢能应用生态.在地方层面，全国己有30个省（自治区、直辖市）把氢能写入了当地“十四五”发展规划，10余个省（自治区、直辖市）发布了氢能相关专项规划，北京、上海、内蒙古和山东等4个省（自治区、直辖市）更是提出了"2025年氢能产值千亿”的目标.二、氢能产业链相关安全风检（一）从氢的物化性质看氢能潜在安全风险氢（H2）是一种无色、无味、无臭的气体，其密度远小于空气.它具有高能量密度、难液化、非毒性、易燃性等特定物理化学性质,由此带来了诸多潜在安全风睑.氢气最显著的安全风睑来自其易燃易燃性.氢气的燃烧范围宽，最小点火能氐，同时氢火焰颜色浅，人眼难以辨识.泄漏是氢气另f潜在的安全风险。氢气分子小，易穿透材料发生泄漏，泄漏后扩散速度快，传统的泄漏检测手段难以有效检测到氧气泄漏.在密闭空间中，高浓度氨气容易导致人员窒息.（二）从国内既有实践看氢能安全风险通过梳理匚总近些年我国发生的氢安全事故，结合该领域相关研究结果，可以发现,目前国内氢能产业链中爆露出的安全风险主要表现在氢泄漏、氢爆炸、氢致金屈材料损伤三个方面.一是氢能产业链涉及氨气泄漏风险。室具有易泄漏扩散的特性，而且无色无味，发生泄漏时无法通过视觉和嗅觉辨别.氢气一旦泄漏聚集，极易引发着火爆炸事故。大规模液氢泄漏易在地面形成液池，蒸发扩散后会与空气形成可燃气云，导致发生着火爆炸的可能性增加.设备故障、操作失误或自然灾害均可能引发氢气泄漏并导致火灾和爆炸，例如2023年江苏连云港东海县工厂氢气泄漏导致的安全事故.二是氢能产业链涉及燃烧爆炸风险.高压氢气储运过程中，氢气泄漏后易发生自燃，形成射流火焰,即氢喷射火.目前因氢气泄漏自燃造成了许多起严重事故，例如2020年东莞巨正源公司管束车发生氢气泄漏，引发了火灾.由于对氢气燃爆规律认识不够，管束车之间距禺较小，导致火焰进一步要延至其他管束车，造成事故后果扩大.三是氢能产业设备使用过程的安全风跄。在制氢、储氢、氢运输、加氢等多个环节，氢能工艺操作压力高，设备用材特殊，相关设备安全风险较高,相比制氢环节，目前在氢能存储、运输、使用等环节中往往需要在高压、超高压、低温等严苛环境下工作，会出现材料性能劣化的现象，容器材料腐蚀和氢脆风睑较高.另外储氢压力容器和氢气瓶由于工作条件的复杂性，存在疲劳失效风跄。上述两种情况均可能导致氢气泄漏、爆炸或容器破裂，造成人员伤亡和设备损害.（三）从国外既有实践看氢能安全风跄通过公开资料分析可知,全球范围内氢安全事故几乎涵盖氢全产业链各环节。事故原因主要涉及设备故障、人为失误（如错误拆卸、组装、移动和更换等）、设计缺陷（如传感器误三,设备寿命短）等，事故设备主要涵盖管道、配件、阀门，以及存储瓶、燃料电池汽车等，事故地点主要涉及高校实验室、加氢站以及氢相关商业应用设施等.例如，近年曾发生过美国空气产品公司加氢站由于氢气输送拖