摘要：氫能產業因“雙碳”目標的提出和綠色轉型步伐加快而備受青睞，氫能產業前景廣闊，但風險與機遇并存，建議強化氫能產業頂層設計，推動氫能產業健康有序發展；加快推進氫能技術標準化工作，強化標準對技術創新和產業發展的引領作用；加大氫能核心材料和關鍵技術研發，提升氫能產業化的安全水平；擴大氫能在不同領域的安全宣傳工作，促進大眾形成氫安全共識和氫能產業化發展。

2021年氫能列入《國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》未來產業布局，氫能產業已成為我國能源戰略布局的重要部分。歐盟、日本以及韓國等發達國家將氫能列為重點發展的領域之一，且各國紛紛制定產業政策和加大資金投入，推動產業鏈整體技術水平的提高和配套基礎設施的建設。

氫能因其具備熱值高、反應速度快、可通過多種反應途徑制得、能以氣態或固態儲存、反應產物無污染等優點被稱為未來能源，是替代化石能源實現碳中和的重要選擇；但又因其易泄漏、易燃燒、爆 炸極限范圍寬、點火能力低等特點，使氫能在普及及應用方面面臨諸多安全挑戰。“產業發展，風控先行”，科學安全用氫，穩健發展氫能產業成為行業共識，為此做好氫能產業的風險管理工作成為氫能產業良性發展的重要任務之一，筆者從氫能產業的主要環節進行風險分析，識別共性風險和個性風險，并在此基礎上提出風險管理對策和建議，助力氫能產業健康發展。

一、氫能產業共性風險分析

隨著氫作為能量載體的大規模引入，越來越多的加氫站在建設，氫燃料電池大巴和卡車在路上行駛，可再生能源制氫項目在多地展開，氫開始走進大眾生活，氫能給我們帶來綠色環保的同時，也在全球給地發生多起氫能事故，造成多名人員傷亡和財產損失。

究其根本原因是氫氣本身具有易泄漏、易擴散、易燃燒和易爆炸等特性，如氫在容器和管道內的泄漏量約為甲烷氣體泄漏量的1.3-1.8倍，約為空氣泄漏量的4倍；氫氣的擴散系數很大，約為甲烷氣體的3.8倍；氫氣在空氣中的點火能力低，最小點火點是甲烷的1/17；氫氣在空氣中的燃燒速度快，是甲烷的6-8倍；氫氣在空氣中的燃燒極限（體積分數）4%-75%。氫氣能快速和助燃物混合達到爆炸（爆轟）極限，發生爆炸（爆轟）產生沖擊波或熱輻射、碎片等對周圍建筑物和人身安全有很大傷害；在目前未完全掌握氫氣安全使用方法之前易發生安全事故。

同時氫氣的另一個風險是導致金屬產生氫脆現象，顯著降低金屬的拉伸延展性，使金屬在使用過程中容易產生裂縫，從而導致含氫設備存在泄漏風險。研究表明鋼在高溫高壓氫環境中服役一定時間后，氫可與鋼中的碳反應生成甲烷，造成鋼脫碳和微裂紋，導致鋼性能不可逆地劣化。溫度越高、氫分壓越大，鋼的氫腐蝕越嚴重。金屬吸收內部氫或外部氫后，局部氫濃度達到飽和時，將引起塑性下降，誘發裂紋或延遲斷裂。在冶煉或焊接過程中，若不采取嚴格的措施，將使鋼材中的氫含量增加；充有氫的管道或壓力容器中的氫會滲透到鋼材中，鋼材被氫侵入，降低強度，并脆化開裂而失效。

二、氫能產業個性風險分析

按照氫能產業上中下游劃分，氫能產業包括制氫、儲氫、運氫、加氫和用氫等相關企業，除共性風險外，在氫能產業鏈中各個環節也存在個性風險，下面逐一分析介紹。

2.1制氫

氫是二次能源，通過一次能源轉化而來。目前，行業最常用的制氫方法主要有熱化學重整、電解水和光解水三類。當前主要以石化燃料化學重整為主，但是該方法不可持續也不環保;光解水是理論上最理想的技術，但仍處于研究階段;電解水高效低碳可持續，并且技術業已成熟，高電價引起的高成本是目前的主要障礙。筆者從環保和可持續方面考慮，重點分析電解水制氫的風險。

目前主要的電解水制氫方法有堿性槽電解水制氫、質子交換膜電解水制氫、高溫固體氧化物電解水制氫，其中通過堿性槽電解水制氫是目前最成熟的大規模制氫方法，是削峰填谷及消納水電、風電及光伏等可再生能源電力資源的重要技術選擇。

水電解制氫過程的產品、副產品涉及氫氣、氧氣，堿性水電解系統涉及氫氧化鉀或氫氧化鈉，均屬于危險化學品。氫氣制取過程中存在的風險問題通常與氧氣混合有關。在水電解制氫系統應用方面，主要風險為首先是制氫房、儲氫室和充氣室的間距達不到安全距離或存在通風不暢，有易聚集氫氣的死角，將使整個區域處于危險狀態；其次是在有爆炸危險的環境中的電氣設備及配線易產生靜電而發生爆炸；最后生產人員因接觸危險化學品易造成堿液灼燙和高溫燙傷。

2.2儲氫

氫能的儲存方式主要分為氣態儲氫(氣氫)、液態儲氫(液氫)、固態儲氫和復合儲氫等。現有的儲存方式雖各有優勢，但同時存在不足，其綜合性能都有待提高。固態儲氫的儲氫密度高且安全性好，但目前質量儲氫密度較低；低溫液態儲氫雖能帶來較高的儲能密度，但氫液化耗能較大，同時存在蒸發汽化問題帶來的安全性隱患；高壓氣態儲氫方式目前相對比較成熟，應用也最廣泛，是現階段氫能實現產業化過程中主要的儲氫方式。筆者主要就高壓氣態儲氫設備的風險進行識別。

高壓氣態儲氫承壓設備主要包括固定式壓力容器、氣瓶及其安全附件和儀表等。在高壓儲氫設備中，焊接接頭是承壓設備的薄弱環節，可能會出現結構設計風險，在焊接過程中可能產生未焊透、夾渣等缺陷，降低了接頭的承載能力；承壓設備的結構中曲率變化較大的地方容易產生較大的應力，特別是高壓儲氫容器的輪廓，易產生較大的應力集中區域，造成容器整體失效；部分氫氣瓶制造企業存在研發投入不足、試驗數據過少及追求生產進度等問題，使產品的質量穩定性存在風險；車企和氫氣瓶制造企業過度追求輕量化導致氫氣瓶安全裕度降低，氫氣瓶的疲勞壽命有待進一步提高，存在無法達成設計使用壽命的風險；由于技術原因，很多具有潛力和吸引力的氫壓力表、氫氣傳感器等安全附件及儀表處于實驗室階段，大部分氫氣傳感器存在成本偏高、壽命較短、抗干擾性不夠強的問題，給使用安全帶來極大的風險和存在較大安全隱患。

2.3運氫

氣氫可以用管道網絡或通過高壓容器裝在車、船等運輸工具上進行輸送；液氫、固氫輸運方法一般是采用車船輸送。輸氫承壓設備主要用于將氣態氫或者液態氫從產地輸送或者運輸到終端用戶，主要分為氣態輸氫設備和液態輸氫設備。液氫鐵路加注運輸車是實施運載火箭研制與發射任務的大型專用設備，主要用于液氫運輸和加注。筆者主要對氣態輸氫設備進行風險識別。

氣態輸氫設備主要用于輸送、分配氫氣，包括運氫設備和氫氣管道。運氫設備主要有氫氣長管拖車和氫氣管束式集裝箱。其適用于運輸距離較短、輸送量較少、氫氣日用量為噸級以內的用戶。在輸運過程中車、船等動載荷對儲氫裝置有振動影響，進而影響到儲氫裝置的閥門，使儲氫裝置存在泄漏風險；輸運與車用時，高壓儲氫裝置處于移動狀態，存在發生碰撞后爆炸的風險；除了在儲氫裝置中安裝監測設備外，駕駛室、車體外部的探測器存在失靈或反應滯后風險。

氫氣輸送管道主要有輸氫管道和配氫管道。輸氫管道一般是用于場(廠)區內裝置間或者系統內輸送氫氣或用于大規模、長距離輸送氫氣(摻氫天然氣)的長輸管道，其特點是管道壓力高、直徑較大；配氫管道一般用于小規模、短距離輸送氫氣，輸氫對象為小規模用戶(如民用氫能園區內連接供氫站和用戶間的管道)，其特點是管道壓力較低、直徑較小。氫氣摻入管道，會對管線鋼材的斷裂和疲勞性能產生顯著影響，使鋼的斷裂韌性減少。同時氫對焊接區域也有一定影響，焊接區和熱影響區的硬度水平下降，存在韌性下降的風險。

2.4加氫

加氫站是給氫能燃料電池交通工具提供氫氣或摻氫燃料加注服務的場所，主要由制氫設備、加氫機、壓縮機、儲氫裝置、站控系統、安防系統、站內建筑和工作人員等。加氫站作為一種新興的能源基礎設施，除了對自身資產和工作人員有安全風險外，還對顧客及站外建筑和公眾有潛在安全風險。

加氫站的氫氣設備在不同環節存在設備破裂、失效和氫氣泄漏風險，氫氣泄露后擴散不及時將產生可燃氣云，遇到點火源將發生火災進而發展到爆炸事故；在加氫過程中氫氣與其他氣體發生反應或管道中油污清理不及時，氫氣純度不符合氫燃料電池所需氫氣質量要求，導致氫燃料電池被污染而產生賠償風險；因氫氣的易燃易爆特性，站內工作人員存在職業風險，如燒傷、堿液燙傷、死亡風險等；另外工作人員存在安全生產規章制度和安全操作規程不熟悉，不掌握崗位安全操作技能，安全意識淡薄，操作流程不規范等導致發生人為事故；最后隨著互聯網的應用普及，加氫站還會面臨外部網絡攻擊風險，導致加氫設備失效及其他安全事故發生。

對于顧客來說，最大的風險源是氫氣壓縮機的泄漏，風險占比超過95%；其次是加氫機和站內儲氫瓶，二者風險占比不到5%；據試驗表明，壓縮機和加氫機之間區域的死亡風險最大，壓縮機和加氫機區域周邊的風險值也較大，而儲氫系統周圍的死亡風險較低。同時，顧客可能因未按照加氫站安全管理規定而攜帶或使用帶有點火源的設備導致火災或爆炸事故發生。加氫站的第三方風險，即給站外公眾帶來的風險，主要是加氫站安全距離的確定，在安全距離內，居民樓、人口聚集的公共建筑如醫 院、學校等存在安全風險。

2.5用氫

氫能源的應用有兩種方式：一是直接燃燒（氫內燃機），二是采用燃料電池技術，燃料電池技術相比于氫內燃機效率更高，故更具發展潛力。目前以燃料電池技術為基礎的應用已經很廣闊，其中燃料電池車正在大力推進中，未來將遍及所有能源相關下游的包括汽車、發電和儲能等領域。筆者重點識別氫燃料電池車的相關風險。

氫燃料電池汽車技術規范將氫燃料電池汽車劃分為加氫系統、儲氫系統、供氫系統、燃料電池系統、電驅動和動力管理系統五個關鍵系統。

目前，因國內外燃料電池汽車多采用高壓氣態儲氫方式，故在高壓氫氣加注過程中，車載氫瓶內氫氣容易快速升溫，存在安全隱患，需要在加注過程中檢測車載壓縮氫氣存儲系統內的各壓力、容量、溫度及授權指令等數據。

氫燃料電池汽車的儲氫系統主要是壓縮氣體儲存系統，包括氫氣瓶、溫度驅動壓力泄放裝置、組合閥（單向閥、截止閥）及配件等。由于氫氣在高壓下容易從非金屬內膽向外泄漏，且金屬材質的瓶口閥與非金屬內膽的連接強度難以保證，所以容易發生“非金屬內膽纖維全纏繞氣瓶”爆炸事故。

供氫系統在將車載高壓壓縮儲氫氣瓶內的氫氣經減壓閥減壓后送至燃料電池電堆，為燃料電池電堆提供合適壓力、溫度和流量的氫氣時，瓶口閥和減壓閥等關鍵零部件存在失效風險、管路系統接頭存在泄漏風險。

燃料電池電堆主要存在制造商設計問題導致運行風險和供氫純度不符合要求導致電池污染風險；由軟件、控制電路或保護/安全元器件的失效或加工不良或誤動作引起的運行風險；燃料電池材料變質、腐蝕、脆變，存在有毒氣體釋放風險及有毒材料處置污染環境風險。

氫燃料電池汽車的燃料電池系統可輸出300-600V的高壓電，易出現短路或電擊風險；燃料電池汽車發生碰撞時除可能有氫氣泄漏外，還可能發生高壓電漏電風險；在對動力蓄電池外接充電、需要對高壓設備開艙帶電調試或維修時，非專業人士在未經許可的情況下進行誤操作，將對整車構成安全風險。

三、氫能產業風險管理對策

3.1共性風險管理對策

針對氫氣易泄露、易擴散、易燃燒、易爆炸的風險，我們建議做好氫能產業的事前、事中、事后的全流程安全管理工作，達到避免事故發生、發生事故可控的安全管理要求。

事前：在系統設計里要有本質安全的設計。改進防火墻的設計，合理確定安全距離和安全區域；合理設計罩棚結構，設置機械或者自然通風，讓泄露的氫氣盡快消散掉；依靠防爆設計和防靜電措施避免點火，盡量把火源消除掉；另外施工過程當中也要注意，要有相應的規程來指導施工。

事中：要做好氫氣監測系統的布置和預警管理。氫能產業相關單位需建立全方位的監測和管理平臺，利用大數據技術手段，通過持續、動態、可視化的數據平臺實時監測氫能運行情況，一旦發生泄漏，則監測系統迅速發現泄漏源并提供預警，分風險級別采取相應處置手段，快速切斷泄漏源，避免產生大規模泄漏。

事后：要做好消防和恢復生產方面的工作。企業要做好員工的安全培訓（專業培訓、消防培訓和崗位培訓）、加強防災管理、制定防災措施和應急預案，并定期開展預警演習。員工工作期間要嚴格按照操作規范作業，發生事故后能第一時間通過防災網絡進行安全處置，保障人員和財產的安全，減少事故損失，并盡快恢復生產。

另外針對氫脆的風險防范措施，筆者建議主要在材料選擇、工藝使用和驅氫措施等三方面做好工作。首先要選擇高強度、高韌性、抗延遲斷裂性能好的材料，保證材料有較好的潔凈度，有較高的斷裂韌度和抗延遲斷裂能力；其次要選擇適宜的熱處理技術，使用降低氫含量的工藝生產；最后進行防腐處理時，采用低氫脆電鍍或無氫脆涂覆，應按標準要求及時驅氫，以防止氫脆斷裂。

3.2個性風險管理對策

氫能產業的組成要素主要由人員（員工/顧客/第三方）、設備（生產設備/儲運設備/加氫設備/監測設備/燃料電池等）、氫氣產品等組成，我們就上述要素的個性風險提供管理對策。

人員風險管理：在生產過程中，員工要做好防護工作，防止堿液灼燙、高溫燙傷和高壓中電；在加氫時，顧客須嚴格按照站內安全管理要求，避免攜帶或點燃火源，同時與加氫設備保持安全距離；第三方人員須按安全要求做好自身防護工作，在氫氣加工、生產和銷售場所中未經許可不得觸碰操作設備和不得在危險區域走動。

設備風險管理：首要風險是供應商產品質量問題，氫能相關企業需做好設備供應商的管理，制定產品質量管理辦法，與供應商簽署服務合同，從源頭上控制產品質量風險及保障企業經營穩定運轉；在制氫環節，做好制氫房、儲氫室和充氣室等區域的安全距離設置及通風口設置，并安裝防雷裝置和設置靜電消除器；在儲氫環節，做好儲氫設備的固定管理，在加注氫燃料時做好降溫和監測預警管理；在運氫環節，儲氫設備要做好運清車輛/管道的靜電管理及全程氫氣泄露監測及做好減震措施，防止設備碰撞或振動或開裂導致氫氣泄漏而引起火災或爆炸；在加氫環節，做好氫氣壓縮機、加氫機等設備的安全距離設置，為加氫用戶設置隔離墻；在用氫環節，使用氫燃料交通工具前要檢查各個部件的安全指標是否合格，使用時要做好氫氣泄漏的監測、高壓電安全保護、燃料電池系統性能檢測等。

氫氣產品風險管理：目前氫燃料電池對氫氣的純度要求很高，氫氣中的雜質會使電池催化劑中毒，降低發電效率，當雜質含量過度會使燃料電池的耐久性產生嚴重損害。為此，應全流程做好氫氣產品的品質管理，在制氫環節通過工藝提升來提供氫氣純度，在儲運環節通過對儲氫罐或管道的定期清理避免氫氣污染；在加氫環節通過氫氣純度傳感器系統實時監控氫氣的質量。

四、氫能產業風險轉移建議

經對氫能產業的風險識別，筆者建議部分風險可通過自身管理水平提升而規避或減少風險，部分風險需要進行轉移而降低未知風險損失。風險轉移主要有兩種形式，即通過合同或保險方式將風險轉移給受讓人。前面章節已建議氫能相關企業可通過與設備供應商簽訂合同轉移產品質量風險，本章節介紹相關企業通過采購保險產品的方式將經營風險轉移給保險公司，即由保險公司承擔意外事故給企業帶來的人員和財產損失。

筆者建議相關企業建立起保險管理體系，即通過全面保險保障有效轉移風險。我們將此保險管理體系分為三個層次，首先是基礎保障，即滿足國家法規和監管要求，保障企業員工和第三方的安全；其次是經營保障，即保障企業財產安全，降低一般事故給企業帶來的財務風險，保證正常運轉；三是巨災保障，即應對重大災害事故給公司和第三方帶來的巨額損失風險。

4.1基礎保障

2021年9月1日，新修訂的《中華人民共和國安全生產法》正式實施，在國家層面建立起了安全生產責任保險制度。國家鼓勵生產經營單位投保安全生產責任保險，同時屬于國家規定的高危行業、領域的生產經營單位，應當投保安全生產責任保險，未按國家規定投保的，將責令限期改正并處五萬元以上十萬元以下的罰款。氫能行業屬于高危行業，相關企業通過采購安全生產責任保險，既滿足監管要求，還轉移安全生產責任風險，并且該險種還有事故預防和救援費用，為企業員工和第三方人員、財產提供了基礎保障。但安責險未承保企業財產的風險及員工非安全事故的風險，同時相關保障額度較低，無法為企業正常經營提供充分保障，為此需要采購其它保險產品來補充。

4.2經營保障

氫能產業的高危險性決定了企業在自身資產和人員的風險轉移方面有強烈需求，如有形/無形財產損失風險、員工職業病等，還有第三方責任需要轉移，如產品責任，公眾責任和承運人責任等。氫能企業需要為自身資產采購企業財產險、機器損壞險，希望保障更全面的企業還可以附加利損險、專利保險等；建議為企業員工集中采購雇主責任險，一是可以轉移企業在用工方面的責任，二是通過集中采購可降低保險成本；氫能企業需考慮對周邊第三方的影響程度，在安責險的基礎上采購保額更高的公眾責任險、環境污染責任險和承運人責任險，最大程度減少事故對公司正常經營的風險。

另外氫氣作為燃料產品，加氫站需要通過采購產品責任險轉移對氫燃料電池的污染風險，同時考慮到未來氫能行業將使用物聯網、數字化等技術搭建系統監控和安全管理平臺，相關企業將會面臨網絡攻擊的風險，建議企業采購網絡攻擊保險，保障企業的系統安全和數據安全。

根據筆者多年的保險服務經驗，建議企業在采購上述保險產品時做到應保盡保，足額投保，保證企業經營在突發事故時獲得足額賠付，保證企業正常運轉。

4.3巨災保障

巨災風險，簡單地說，就是指可能造成巨大財產損失和嚴重人員傷亡的風險。巨災的顯著特點是發生的頻率很低，但一旦發生，其影響范圍之廣、損失程度之大，一般超出人們的預期。鑒于目前極端天氣頻發，同時氫氣具有易燃易爆性的特點，建議氫能行業通過巨災保險來分散和轉移風險，一般的操作方法是在企業采購常規保險的基礎上，再以集團名義統一購買一份高額的財產保險和責任保險（如20億以上），此類保險的賠付起點較高（一般與常規保險的保障額度銜接），主要為集團下屬企業面臨的潛在巨災風險進行兜底，保障企業在遇到巨災時，仍能穩健經營。目前國內大型化工央企多采用此種方式采購巨災保險，從結果看，該保險制度起到了很好的風險轉移效果。

五、結語

氫能產業因“雙碳”目標的提出和綠色轉型步伐加快而備受青睞，氫能產業前景廣闊，但風險與機遇并存，建議強化氫能產業頂層設計，推動氫能產業健康有序發展；加快推進氫能技術標準化工作，強化標準對技術創新和產業發展的引領作用；加大氫能核心材料和關鍵技術研發，提升氫能產業化的安全水平；擴大氫能在不同領域的安全宣傳工作，促進大眾形成氫安全共識和氫能產業化發展。

來源：碳達峰與碳中和服務工作組:杜海江

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