最近,氫能安全與海珀?duì)栔茪淦髽I(yè)成為了海內(nèi)外關(guān)注的焦點(diǎn)。

氫能以其清潔、高效的特點(diǎn)被公認(rèn)為未來最有潛力的能源載體，然而其安全性常常受到人們質(zhì)疑。那么，我們真的應(yīng)該談“氫”色變嗎？

氫氣制備法與水電解制氫

目前，氫氣制備方法主要有：熱化學(xué)法制氫如煤制氫和天然氣重整制氫等、工業(yè)副產(chǎn)氫提純制氫、水電解制氫、太陽能光催化分解水制氫。

其中，水電解制氫技術(shù)有著無可比擬的優(yōu)越性：第一，不使用化石燃料，不產(chǎn)生有害氣體；第二，產(chǎn)品氣純度高，通常在99.7%以上；第三，技術(shù)成熟，流程及設(shè)備簡單；第四，自動(dòng)化水平高，采用微機(jī)控制，操作穩(wěn)定可靠。

水電解制氫技術(shù)已有一個(gè)多世紀(jì)歷史，目前有堿性水電解制氫、質(zhì)子交換膜水電解制氫和固體氧化物水電解制氫。堿性水電解制氫最為成熟，目前應(yīng)用最為廣泛。

堿性水電解制氫

一百多年來，國外涌現(xiàn)出眾多著名堿性水電解制氫生產(chǎn)廠商，如挪威Hydro公司，德國Lurgi公司，比利時(shí)范登堡IMET公司，加拿大多倫多電解槽有限公司，意大利米蘭NeNora公司，美國德立臺(tái)等。目前，我國已發(fā)展成為名副其實(shí)的水電解制氫產(chǎn)品生產(chǎn)大國，產(chǎn)品數(shù)量及規(guī)格種類在國際上均位居前列，擁有中船重工第718所、天津大陸制氫設(shè)備有限公司及蘇州竟力制氫設(shè)備有限公司等10多家企業(yè)，其產(chǎn)品除滿足國內(nèi)生產(chǎn)需求外，還大量出口到世界各地。由于質(zhì)量可靠，價(jià)格相對低廉，深受世界各國用戶的青睞。張家口海珀?duì)柟纠蔑L(fēng)電、光伏等可再生能源，利用堿性水電解制氫技術(shù)，助力京津冀地區(qū)氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展，為2022年綠色冬奧服務(wù)。

原理

將一對電極浸沒在電解液中，電極中間隔以防止氣體滲透的隔膜，從而構(gòu)成水電解池。當(dāng)給水電解池通以一定的直流電時(shí)，水就發(fā)生分解，在陰極析出氫氣，陽極析出氧氣，堿液在水中的作用在于增加水的電導(dǎo)率，本身不參加反應(yīng)。

其反應(yīng)式如下：

陰極上：2e+2H2O→H2↑＋2OH-

陽極上：2OH--2e→H2O＋1/2O2↑

總反應(yīng)式：2H2O→2H2↑＋O2↑

堿性水電解制氫具有工藝簡單、操作方便、生產(chǎn)過程不會(huì)產(chǎn)生CO2等溫室氣體，且產(chǎn)品純度高(一般可達(dá)99%～99.99%)等優(yōu)點(diǎn)，技術(shù)使用最為廣泛。具體工藝流程如圖：

安全防控

水電解制氫技術(shù)歷經(jīng)百年發(fā)展，在系統(tǒng)安全、電氣安全、設(shè)備安全等方面已經(jīng)形成了完善的安全設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)體系和安全管理規(guī)范。在實(shí)際工業(yè)化過程中，水電解制氫技術(shù)的安全可靠性得到了認(rèn)證。張家口在建設(shè)、生產(chǎn)過程中，遵守及執(zhí)行《中華人民共和國安全生產(chǎn)法》、《中華人民共和國特種設(shè)備安全法》等法律法規(guī)19項(xiàng)；《氫氣站設(shè)計(jì)規(guī)范》、《加氫站技術(shù)規(guī)范》、《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》等安全標(biāo)準(zhǔn)12項(xiàng)；《中華人民共和國防震減災(zāi)法》、《構(gòu)筑物抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》等抗震法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn)5項(xiàng)；消防設(shè)計(jì)執(zhí)行的標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范約25項(xiàng)及其它相關(guān)法規(guī)、政策。

以下為典型的安全防護(hù)措施：

廠房建設(shè)方面，廠房為甲類廠房，采用單層建筑結(jié)構(gòu)，其耐火等級、層數(shù)及防火分區(qū)的面積嚴(yán)格滿足規(guī)范要求。如房間上部空間通風(fēng)良好，頂棚內(nèi)表面平整，避免死角；廠房頂部最高點(diǎn)設(shè)置無動(dòng)力通風(fēng)機(jī)和軸流風(fēng)機(jī)等自然或強(qiáng)制換氣設(shè)備；房間的自然通風(fēng)換氣次數(shù)≥3次/h，排風(fēng)裝置換氣次數(shù)≥12次/h，并與氫氣檢漏裝置聯(lián)鎖。

防電防爆方面，電氣設(shè)備及控制儀表均為防爆類型；將設(shè)備、管道、構(gòu)架、電纜金屬外皮、鋼屋架和突出屋面的放空管、風(fēng)管等接到防雷電感應(yīng)接地裝置上；管道法蘭、閥門等連接處，采用金屬線跨接；所有導(dǎo)體均通過接地、跨接等方式嚴(yán)格消除靜電。

工藝流程方面，采用分立式循環(huán)的工藝流程。將氫、氧堿液的循環(huán)回路分立設(shè)置，并分別注入分立液道的電解槽氫、氧小室，從而實(shí)現(xiàn)氫氣和氧氣的有效隔離，保證了系統(tǒng)運(yùn)行的安全、可靠。

氫氣管道方面，氫氣管道采用無縫鋼管；管道及管件之間采用焊接方式連接，減少可能出現(xiàn)的泄漏點(diǎn)；采用法蘭或螺紋連接管道與設(shè)備管口、閥門等，并在連接處采用金屬導(dǎo)線跨接且定期檢查跨接電阻，設(shè)備或管道末端接地良好；管道上設(shè)放空管、取樣口和吹掃口，其位置滿足管道內(nèi)氣體吹掃、置換的要求，且系統(tǒng)內(nèi)設(shè)有含氧量小于0.5%的氮?dú)庵脫Q吹掃設(shè)施；氫氣放空管引至室外，且放空口應(yīng)高于屋頂最高點(diǎn)1m以上，管口處設(shè)阻火器以防止外界火花串入系統(tǒng)引發(fā)事故，且應(yīng)有防雨雪侵入、雜物堵塞及防止雷擊的保護(hù)措施。

生產(chǎn)監(jiān)控方面，水電解制氫裝置采用PLC全自動(dòng)控制，PLC通過系統(tǒng)中裝配的各類傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)控制氫系統(tǒng)工作時(shí)的壓力、溫度、液位、電解電壓、電解電流、閥位狀態(tài)等參數(shù)，并針對各個(gè)指標(biāo)設(shè)置報(bào)警值和軟連鎖值；針對關(guān)鍵參數(shù)如壓力、液位等參數(shù)設(shè)置機(jī)械式硬連鎖儀表及元件，以避免在系統(tǒng)突然斷電或PLC控制系統(tǒng)失控時(shí)發(fā)生危險(xiǎn)。在水電解制氫裝置中設(shè)置氧中氫含量和氫中氧含量在線分析儀，并設(shè)置氧中氫和氫中氧含量超量報(bào)警裝置，如達(dá)到超量極限，則連鎖關(guān)機(jī)。設(shè)氫氣檢漏報(bào)警裝置，并與相應(yīng)的排風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖，當(dāng)空氣中氫氣濃度達(dá)到0.4％(體積比)時(shí)，排風(fēng)機(jī)立即自動(dòng)開啟。

能源危機(jī)和環(huán)境污染已日益嚴(yán)峻,威脅著人類的生存和發(fā)展，發(fā)展可再生能源,走可持續(xù)發(fā)展道路成為各國學(xué)者研究的焦點(diǎn)。利用可再生能源所產(chǎn)生的電能電解水制氫是成熟和清潔的氫氣制備方式，將是發(fā)展氫經(jīng)濟(jì)的優(yōu)先選擇。