鉅大LARGE | 點擊量：801次 | 2018年12月22日
氫燃料電池汽車是“移動炸彈”嗎？
編者按
燃料電池汽車是新能源汽車的重要發(fā)展方向，近年來，黨中央、國務院一直高度重視氫燃料電池汽車產業(yè)的發(fā)展，在2012年國務院發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車產業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2012-2020年）》中，曾明確提出了“燃料電池汽車、車用氫能源產業(yè)與國際同步發(fā)展”的戰(zhàn)略目標。
為此，結合當前我國新能源汽車以及燃料電池發(fā)展現(xiàn)狀，本報組織了四問氫燃料電池汽車系列報道，即《安全之問》《成本之問》《技術之問》《市場之問》四篇稿件，以大量一手的采訪資料，真實展現(xiàn)氫燃料電池汽車產業(yè)鏈行業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀、困境、痛點、需要解決的問題等，期望藉此對我國氫燃料電池汽車行業(yè)的未來發(fā)展有所助益，并在公眾輿論與產業(yè)關注之間搭建起溝通了解的橋梁。本期為第一篇《安全之問》。
11月28日，河北張家口一家化工廠的一場突如其來的爆燃事故，將氫能推向了風口浪尖。雖然最終調查顯示事故與制氫沒有關聯(lián)，但氫能和氫燃料電池汽車的安全性再次受到公眾質疑。
氫能是“移動炸彈”嗎？
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長期以來，由于普通大眾，包括一些政府管理部門的相關人士，對于氫能缺乏足夠的了解，對氫燃料電池汽車的安全問題存有疑慮，甚至有人還將燃料電池汽車想象成“移動炸彈”，談“氫”色變。
一家國內大型生產氫燃料電池企業(yè)負責宣傳的工作人員告訴中國工業(yè)報記者，每次在負責接待前來參觀考察的人士時，被問得最多的問題就是“氫燃料電池安全嗎？”其中不乏政府相關部門人士。這說明，一方面值得稱道的是公眾具有非常強的安全意識；另一方面令人擔憂的是公眾對氫能和氫燃料電池的安全性并不了解，甚至有誤解。
那么，氫氣作為能源、氫燃料電池汽車到底安全嗎？對氫能的誤解何來呢？前幾年，街頭巷尾、兒童游樂場隨處可見高高飄起的，印有小朋友們喜歡的各種卡通圖案的氫氣球是人們能直接接觸到的常見的物品，然而隨著氫氣球的暢銷，其爆炸造成兒童和成人傷亡事故頻發(fā)，后來國家明令禁止使用氫氣充氣，改為惰性氣體氦氣取代氫氣，但氫氣從此也成為人們印象中的“氣體炸彈”。
近日，中國工業(yè)氣體工業(yè)協(xié)會秘書長洑春干在接受媒體采訪時表示，氫氣是一種極輕、擴散性十分強的氣體。但只要相關企業(yè)在生產裝置設計、建造、生產、運輸、應用等各個環(huán)節(jié)中嚴格按照相關法規(guī)和標準實施，氫能的安全性就能夠得到保障。他認為，與常規(guī)能源相比，氫能具備一定的安全屬性。一是氫氣的擴散系數(shù)和浮力更大，泄漏時濃度可迅速降低；二是氫氣的爆炸范圍很寬，單位體積或單位能量的爆炸能很低，點火能不高，不產生濃煙和灰霾；三是泄漏速度快于常見燃料，但泄漏總能量不高。
清華大學教授毛宗強也持同樣觀點，他認為，每種能源載體都有其物理、化學、技術性等特有的安全問題。就氫氣而言，它是一種極易燃燒，無色透明、無臭無味的氣體。在開放空間中，氫氣的擴散能力很強，氫泄漏或燃燒時，會很快地垂直上升到空氣中并擴散。與汽油相比，由于氫的擴散系數(shù)是汽油的12倍，且密度遠低于空氣，因此，即使發(fā)生氫氣爆炸，也只是發(fā)生在氣源上方，汽油的爆炸則發(fā)生在燃料周圍。從這方面看，汽油的危險程度遠甚于氫氣。
毛宗強在出版的《制氫工藝與技術》一書中強調：“氫是安全的能源。”他表示，目前已有整套的氫安全傳感及執(zhí)行裝置，可及時測定氫氣的泄漏并采取措施，將事故消滅在萌芽狀態(tài)，保證氫氣使用安全。
氫氣球之所以爆炸傷人的前提是，一是氣球里的氫氣容易泄露，二是社會環(huán)境中難免會有煙頭、煙花等明火。而氫作為能源，其產業(yè)鏈通常由制氫、儲運和應用組成，其中制氫是產業(yè)鏈的第一環(huán)。目前，主流的制氫工藝主要有煤制氫、天然氣制氫、石油制氫和可再生能源制氫等。
氫氣如何實現(xiàn)儲存安全？
在氫氣儲存方面，我們目前是如何實現(xiàn)安全使用的呢？張家口一家制氫企業(yè)的相關負責人向記者介紹，我國應用最為廣泛的氫氣儲存方式是高壓氣態(tài)儲氫。目前，我國已經實施能夠適用于35MPa和70MPa的高壓儲氫瓶的相應標準GB/T35544-2017《車用壓縮氫氣鋁合金內膽碳纖維全纏繞氣瓶》。標準規(guī)定了車用壓縮氫氣鋁內膽碳纖維全纏繞氣瓶的型式和參數(shù)、技術要求、試驗方法、檢驗規(guī)則、標注、包裝運輸和存儲等要求，保障了高壓儲氫氣瓶的安全性。
另外，針對車載高壓氣態(tài)儲氫安全防護措施主要有：一是過溫報警。儲氫瓶上安裝的溫度傳感器用來檢測瓶內氣體溫度，傳感器將溫度信號發(fā)送到駕駛室儀表盤上，從而判斷瓶內氫氣是否超溫。二是起火防護。當儲氫瓶處于起火環(huán)境中時，溫度傳感器和壓力傳感器會檢測到瓶內氣體溫度和壓力的異常并切斷氫氣供應。同時，瓶閥上安裝有壓力泄放裝置。三是過壓保護。當儲氫瓶中氫氣壓力過高時，能通過壓力泄放裝置自動泄壓，保證儲氫瓶在安全的工作壓力范圍之內。四是過流保護。當供氫管道斷裂，溢流閥開啟，進行過流保護，截斷氣體泄漏。五是氫氣泄漏監(jiān)控。儲氫瓶電磁閥與氫氣泄漏報警系統(tǒng)聯(lián)動，當泄漏氫氣濃度達到保護值時將自動關閉，從而切斷氫氣供應。
這位相關負責人表示，現(xiàn)有的防護措施能有效的解決高壓車載儲氫瓶的氫氣泄漏、爆炸等問題。
據記者了解，目前中國已經出臺了《加氫站技術規(guī)范》《加氫站安全技術規(guī)范》《氫氣站設計規(guī)范》等一系列規(guī)范，以及《水電解制氫系統(tǒng)技術要求》等國家標準。其中《水電解制氫系統(tǒng)技術要求》規(guī)定，水電解制氫系統(tǒng)的自動控制、檢測裝置、軟件應能夠承受可能事故的發(fā)生，并能夠在事故發(fā)生時即時報警、停機，并進行必要的妥善處理。同時，該要求還對水電解槽的安裝及安裝后的檢查，氫氣壓縮機、氫氣罐的安裝，氫氣/氧氣管道、閥門及附件的安裝等環(huán)節(jié)做出明確規(guī)定。
氫燃料電池汽車的運營安全嗎？
近兩年來，一些安全事故被媒體報道后，氫燃料電池車也被想象成的“移動炸彈”，而作為氫燃料電池汽車的供應商，福田歐輝客車方面認為，氫燃料電池客車并沒有許多人想象的那么危險，反而相比傳統(tǒng)客車更加安全。
福田歐輝氫燃料客車采用的是由北京億華通和清華大學共同研發(fā)的碰撞-氫-電多重耦合技術，利用碰撞、氫、電安全性綜合管理和互鎖控制技術，給氫燃料電池客車帶來絕對安全的保障，有效地降低高壓氫瓶在車輛碰撞時發(fā)生直接碰撞或者移位的風險。
據了解，國內科研機構做了一系列有關氫燃料電池技術實況測驗，其中包括，氫瓶槍機測試、氫瓶火燒試驗、氫瓶泄露點火試驗。三個實驗結果顯示：當子彈打穿35MPa氫瓶時沒有發(fā)生氫氣爆炸；將氫瓶進行火燒，氫氣燃燒前一秒火焰最大，一秒之后火焰驟降，基本5～15秒后火焰熄滅，最重要的一點，即便是火燒氫瓶，氫瓶依舊沒有出現(xiàn)爆炸。另外再以氫燃料電池汽車為例，與燃油車對比進行燃料泄露點火試驗中，氫燃料電池汽車火焰是從后備箱向上竄，燃油車是油向下流淌，導致火焰從整車下部著火；一分鐘后氫燃料電池汽車依舊只是氫氣向上燃燒，對汽車基本沒有損壞，而此時燃油車早已成為一個大火球。通過氫氣的三個試驗，我們可以看出氫氣實際上要比燃油更加安全，氫氣爆炸并沒有人們想象中的那么容易實現(xiàn)。
走出實驗室，氫燃料電池車在實際運行中安全嗎？張家口公共交通總公司第六分公司技術副經理韓愛萍在這方面最有發(fā)言權，她所在公司正在運營的福田歐輝氫燃料電池城市客車剛剛被業(yè)內評為“2018行駛里程之王”。在投入運營的三個月中，以每天運營時間超過14小時，單車每天運行250公里，首批單車最大運行里程已經超過2.4萬公里的成績，成為氫燃料電池城市客車行駛里程最長的車型。據韓愛萍介紹，在安全方面，歐輝氫燃料公交車在整車配置方面設置兩套視頻監(jiān)控系統(tǒng)，7個攝像頭形成360度無死角監(jiān)控；引入了環(huán)境感知、前部碰撞預警系統(tǒng)等技術，為了保障車外行人的安全，還使用了低速行駛語音提示系統(tǒng)；這批12米車交付使用前，其實驗車分別完成涉水、碰撞和30000km可靠性路試，日均實驗里程超過500km，充分驗證了零部件和整車的安全性。
駕駛氫燃料客車的公交司機師傅程軍平告訴記者：“現(xiàn)在的車輛安裝了很多的傳感器，足以保證車輛運營的安全性。”他表示，公司對整車進行了性能測試，防止氫氣泄漏并在安裝前和安裝后對氫氣瓶和管道進行氣密性檢測，要充分驗證氫系統(tǒng)支架結構、各零部件鏈接的可靠性和安全性。車輛乘客艙部位的氫氣管道無接頭，氫系統(tǒng)/電器件有效隔離，在重點安全區(qū)域安裝泄漏探測器，當氫氣濃度超過1.6%時，儀表報警并切斷氫氣供應，保證乘客和車輛安全。
對于氫燃料電池汽車核心組成部分——氫燃料電池的安全性，中國工程院院士、中科院大連化學物理研究所研究員衣寶廉從發(fā)電原理的角度給予了證明。他表示，燃料電池的發(fā)電原理跟鋰電池、鋅錳干電池一樣，具有效率高的優(yōu)點。燃料電池的工作方式跟內燃機一樣，電池發(fā)電部分和儲能部分是分開的，出現(xiàn)問題只要把氫氣和電池切斷，燃料電池就不會燃燒和爆炸，所以燃料電池從整體上講是安全的。
已經實現(xiàn)了氫燃料電池汽車量產的日本豐田汽車公司，對其安全性能有充分的自信，據豐田汽車相關人士介紹，他們從三個方面對安全性進行了保障。首先確保高壓儲氫罐的構造非常堅固，不會漏氣。曾經進行的追尾事故模擬實驗證明，從后方以80公里/小時的車速進行撞擊，儲氫罐不會遭到任何的傷害。其次，儲氫罐周圍布有探測器，一旦發(fā)生漏氣，將會迅速地停止車輛，切斷氫氣傳輸。另外，利用氫氣容易在空氣中擴散的特性，在儲氫罐的進口即氣瓶閥的位置進行了特殊的設計，如果周邊有起火或者達到非常高的溫度的情況，這個閥門就會自動熔化，使氫氣在空氣當中迅速擴散，從而避免發(fā)生爆炸之類的危險。
氫能汽車到底安不安全？在業(yè)內專家看來，大眾的誤解在某些方面是將氫氣與氫能混為一體。氫氣是氣體，而氫能是能源。對此，業(yè)內專家建議，需強調氫的能源屬性。聯(lián)合國開發(fā)計劃署（UNDP）駐華代表處能源與環(huán)境處項目經理張衛(wèi)東在接受記者采訪時表示，如果政策將氫從危化品變成能源，儲氫、運氫和加氫方面的限制能得到有效解決。“只要把氫的危化品帽子摘了，一切問題都迎刃而解。”他說。
全國政協(xié)副主席、中國科學技術協(xié)會主席萬鋼日前在政協(xié)座談會上表示，“安全永遠是第一位的。”的確，當關于氫能安全的概念、定義、標準，以及加氫站的安全標準和規(guī)范越來越明晰時，用戶對氫能汽車的安全不再心存疑慮時，其發(fā)展才能越走越遠，越走越快。
■我國燃料電池的研究進程
我國研究燃料電池的歷史可以追溯到20世紀50年代。
2000年科技部的“973”基礎項目研究投入了3000萬元用于氫能的規(guī)模制備、存儲和相關燃料電池的研究。
2006年《國家中長期科學和技術發(fā)展規(guī)劃（2006-2020）》中提到，要重點研究高效低成本的化石能源和可再生能源制氫技術，經濟高效氫存儲技術和輸配技術，燃料電池基礎關鍵部件制備和電堆技術，燃料電池發(fā)電及車用動力系統(tǒng)集成技術，形成氫能和燃料電池技術規(guī)范與標準。
2010年，在《關于加快培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產業(yè)的決定》中指出要開展燃料電池汽車相關的前沿技術研發(fā)，大力推進高效能、低排放的節(jié)能汽車的發(fā)展。
2014年，在國務院印發(fā)的《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動計劃（2014-2020年）》中提出了優(yōu)化能源結構，加快清潔能源供應的目標，并將氫能與燃料電池定為能源科技創(chuàng)新戰(zhàn)略的20個重點創(chuàng)新方向之一。
2016年國務院印發(fā)了《“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中指出要推動新能源汽車、新能源和節(jié)能環(huán)保產業(yè)快速壯大，構建可持續(xù)發(fā)展新模式。
■氫燃料汽車的發(fā)展狀況
據了解，我國氫燃料電池汽車累計推廣應用超過2000多輛，投入運行的加氫站12座，在上海安亭，北京永豐，廣東佛山等地開展了小規(guī)模的示范應用。
中國科學院院士、中國電動汽車百人會執(zhí)行副理事長歐陽明高估計，燃料電池汽車2018年年產量將會接近2000輛。
而按照相關機構專家預測，燃料電池汽車2020年有望從5000輛到1萬輛，2025年燃料電池汽車達到10萬輛，2030年達到100萬輛。
中國汽車工程學會理事長付于武對燃料電池汽車有更為樂觀的估計，他表示，到2030年，我國氫能汽車產業(yè)產值有望突破萬億元大關。
■地方政府的扶持
地方上積極推動氫燃料電池產業(yè)化的扶持政策也不斷落地。
“氫能小鎮(zhèn)”江蘇如皋早在2016年的“如皋‘十三五’新能源汽車規(guī)劃”中指出要新建3～5座加氫站，燃料電池物流車500輛推廣運用。
廣東省2018年6月發(fā)布了“廣東省人民政府關于加快新能源汽車產業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的意見”的通知（簡稱《意見》）。《意見》指出，大力推進氫燃料電池汽車產業(yè)化、加強關鍵核心技術研發(fā)、規(guī)劃布局加氫基礎設施建設、全力推進公交電動化（含氫燃料電池汽車）、加大氫燃料電池汽車推廣應用力度，據云浮（佛山）氫能標準化研發(fā)中心編制的《廣東省氫能源解決路徑分析》，2017年，世界產能規(guī)模最大氫燃料電池堆生產線在云浮投產。2018年佛山市引進眾多氫能項目，啟動“仙湖氫谷”項目。
河北張家口全面布局氫能產業(yè)，致力于打造集“可再生能源制氫、氫燃料電池生產、氫燃料電池汽車應用”于一體的、全國首個全產業(yè)鏈氫能源生產基地。據了解，目前張家口今年已投入使用氫燃料電池公交車74輛，明年還將新增170輛；配套的日加氫50輛車的加氫站一座已經投入使用，明年計劃再新建5座，到2020年全市投入使用的氫燃料電池公交車、物流車、出租車計劃達到1800輛，建成加氫站21座，實現(xiàn)制氫每年2萬噸、制造氫燃料電池發(fā)動機每年1萬套、生產氫燃料電池客車每年4500輛，初步形成從氫氣制備、儲運、加注到氫燃料電池發(fā)動機和整車研發(fā)、生產、檢測的全產業(yè)鏈。
遼寧省發(fā)布《遼寧省加快發(fā)展新能源汽車的實施方案》，《方案》指出要加強新能源汽車關鍵核心技術研究，推進以純電動汽車、插電式（含增程式）混合動力汽車、燃料電池汽車為發(fā)展重點的關鍵核心技術研發(fā)，科學規(guī)劃新能源汽車區(qū)域布局，優(yōu)化新能源汽車產業(yè)結構，加快培育新能源汽車配套體系。2018年4月，國內首支燃料電池商業(yè)化運營車隊在遼寧省新賓縣正式上線，據了解，共有40輛上汽大通FCV80氫燃料電池客車在新賓上線進行全工況試驗。
2018年8月，海南省工業(yè)和信息化廳發(fā)布關于公開征求《海南省清潔能源汽車發(fā)展規(guī)劃》意見的通知。《規(guī)劃》對全省清潔能源汽車推廣設定了技術路線，其中燃料電池汽車作為未來發(fā)展的重要產品技術，《規(guī)劃》前期重點針對社會運營領域以及景區(qū)、園區(qū)等封閉區(qū)域開展示范運營，并逐步擴大至其他用車領域。
此外，上海、武漢、大連、濟南等城市也制定了相關政策支持氫能源的發(fā)展。
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