摘要：氢能产业因“双碳”目标的提出和绿色转型步伐加快而备受青睐，氢能产业前景广阔，但风险与机遇并存，建议强化氢能产业顶层设计，推动氢能产业健康有序发展；加快推进氢能技术标准化工作，强化标准对技术创新和产业发展的引领作用；加大氢能核心材料和关键技术研发，提升氢能产业化的安全水平；扩大氢能在不同领域的安全宣传工作，促进大众形成氢安全共识和氢能产业化发展。
2021年氢能列入《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》未来产业布局，氢能产业已成为我国能源战略布局的重要部分。欧盟、日本以及韩国等发达国家将氢能列为重点发展的领域之一，且各国纷纷制定产业政策和加大资金投入，推动产业链整体技术水平的提高和配套基础设施的建设。
氢能因其具备热值高、反应速度快、可通过多种反应途径制得、能以气态或固态储存、反应产物无污染等优点被称为未来能源，是替代化石能源实现碳中和的重要选择；但又因其易泄漏、易燃烧、爆 炸极限范围宽、点火能力低等特点，使氢能在普及及应用方面面临诸多安全挑战。“产业发展，风控先行”，科学安全用氢，稳健发展氢能产业成为行业共识，为此做好氢能产业的风险管理工作成为氢能产业良性发展的重要任务之一，笔者从氢能产业的主要环节进行风险分析，识别共性风险和个性风险，并在此基础上提出风险管理对策和建议，助力氢能产业健康发展。
一、氢能产业共性风险分析
随着氢作为能量载体的大规模引入，越来越多的加氢站在建设，氢燃料电池大巴和卡车在路上行驶，可再生能源制氢项目在多地展开，氢开始走进大众生活，氢能给我们带来绿色环保的同时，也在全球给地发生多起氢能事故，造成多名人员伤亡和财产损失。
究其根本原因是氢气本身具有易泄漏、易扩散、易燃烧和易爆炸等特性，如氢在容器和管道内的泄漏量约为甲烷气体泄漏量的1.3-1.8倍，约为空气泄漏量的4倍；氢气的扩散系数很大，约为甲烷气体的3.8倍；氢气在空气中的点火能力低，最小点火点是甲烷的1/17；氢气在空气中的燃烧速度快，是甲烷的6-8倍；氢气在空气中的燃烧极限（体积分数）4%-75%。氢气能快速和助燃物混合达到爆炸（爆轰）极限，发生爆炸（爆轰）产生冲击波或热辐射、碎片等对周围建筑物和人身安全有很大伤害；在目前未完全掌握氢气安全使用方法之前易发生安全事故。
同时氢气的另一个风险是导致金属产生氢脆现象，显著降低金属的拉伸延展性，使金属在使用过程中容易产生裂缝，从而导致含氢设备存在泄漏风险。研究表明钢在高温高压氢环境中服役一定时间后，氢可与钢中的碳反应生成甲烷，造成钢脱碳和微裂纹，导致钢性能不可逆地劣化。温度越高、氢分压越大，钢的氢腐蚀越严重。金属吸收内部氢或外部氢后，局部氢浓度达到饱和时，将引起塑性下降，诱发裂纹或延迟断裂。在冶炼或焊接过程中，若不采取严格的措施，将使钢材中的氢含量增加；充有氢的管道或压力容器中的氢会渗透到钢材中，钢材被氢侵入，降低强度，并脆化开裂而失效。
二、氢能产业个性风险分析
按照氢能产业上中下游划分，氢能产业包括制氢、储氢、运氢、加氢和用氢等相关企业，除共性风险外，在氢能产业链中各个环节也存在个性风险，下面逐一分析介绍。
2.1制氢
氢是二次能源，通过一次能源转化而来。目前，行业最常用的制氢方法主要有热化学重整、电解水和光解水三类。当前主要以石化燃料化学重整为主，但是该方法不可持续也不环保;光解水是理论上最理想的技术，但仍处于研究阶段;电解水高效低碳可持续，并且技术业已成熟，高电价引起的高成本是目前的主要障碍。笔者从环保和可持续方面考虑，重点分析电解水制氢的风险。
目前主要的电解水制氢方法有碱性槽电解水制氢、质子交换膜电解水制氢、高温固体氧化物电解水制氢，其中通过碱性槽电解水制氢是目前最成熟的大规模制氢方法，是削峰填谷及消纳水电、风电及光伏等可再生能源电力资源的重要技术选择。
水电解制氢过程的产品、副产品涉及氢气、氧气，碱性水电解系统涉及氢氧化钾或氢氧化钠，均属于危险化学品。氢气制取过程中存在的风险问题通常与氧气混合有关。在水电解制氢系统应用方面，主要风险为首先是制氢房、储氢室和充气室的间距达不到安全距离或存在通风不畅，有易聚集氢气的死角，将使整个区域处于危险状态；其次是在有爆炸危险的环境中的电气设备及配线易产生静电而发生爆炸；最后生产人员因接触危险化学品易造成碱液灼烫和高温烫伤。
2.2储氢
氢能的储存方式主要分为气态储氢(气氢)、液态储氢(液氢)、固态储氢和复合储氢等。现有的储存方式虽各有优势，但同时存在不足，其综合性能都有待提高。固态储氢的储氢密度高且安全性好，但目前质量储氢密度较低；低温液态储氢虽能带来较高的储能密度，但氢液化耗能较大，同时存在蒸发汽化问题带来的安全性隐患；高压气态储氢方式目前相对比较成熟，应用也最广泛，是现阶段氢能实现产业化过程中主要的储氢方式。笔者主要就高压气态储氢设备的风险进行识别。
高压气态储氢承压设备主要包括固定式压力容器、气瓶及其安全附件和仪表等。在高压储氢设备中，焊接接头是承压设备的薄弱环节，可能会出现结构设计风险，在焊接过程中可能产生未焊透、夹渣等缺陷，降低了接头的承载能力；承压设备的结构中曲率变化较大的地方容易产生较大的应力，特别是高压储氢容器的轮廓，易产生较大的应力集中区域，造成容器整体失效；部分氢气瓶制造企业存在研发投入不足、试验数据过少及追求生产进度等问题，使产品的质量稳定性存在风险；车企和氢气瓶制造企业过度追求轻量化导致氢气瓶安全裕度降低，氢气瓶的疲劳寿命有待进一步提高，存在无法达成设计使用寿命的风险；由于技术原因，很多具有潜力和吸引力的氢压力表、氢气传感器等安全附件及仪表处于实验室阶段，大部分氢气传感器存在成本偏高、寿命较短、抗干扰性不够强的问题，给使用安全带来极大的风险和存在较大安全隐患。
2.3运氢
气氢可以用管道网络或通过高压容器装在车、船等运输工具上进行输送；液氢、固氢输运方法一般是采用车船输送。输氢承压设备主要用于将气态氢或者液态氢从产地输送或者运输到终端用户，主要分为气态输氢设备和液态输氢设备。液氢铁路加注运输车是实施运载火箭研制与发射任务的大型专用设备，主要用于液氢运输和加注。笔者主要对气态输氢设备进行风险识别。
气态输氢设备主要用于输送、分配氢气，包括运氢设备和氢气管道。运氢设备主要有氢气长管拖车和氢气管束式集装箱。其适用于运输距离较短、输送量较少、氢气日用量为吨级以内的用户。在输运过程中车、船等动载荷对储氢装置有振动影响，进而影响到储氢装置的阀门，使储氢装置存在泄漏风险；输运与车用时，高压储氢装置处于移动状态，存在发生碰撞后爆炸的风险；除了在储氢装置中安装监测设备外，驾驶室、车体外部的探测器存在失灵或反应滞后风险。
氢气输送管道主要有输氢管道和配氢管道。输氢管道一般是用于场(厂)区内装置间或者系统内输送氢气或用于大规模、长距离输送氢气(掺氢天然气)的长输管道，其特点是管道压力高、直径较大；配氢管道一般用于小规模、短距离输送氢气，输氢对象为小规模用户(如民用氢能园区内连接供氢站和用户间的管道)，其特点是管道压力较低、直径较小。氢气掺入管道，会对管线钢材的断裂和疲劳性能产生显著影响，使钢的断裂韧性减少。同时氢对焊接区域也有一定影响，焊接区和热影响区的硬度水平下降，存在韧性下降的风险。
2.4加氢
加氢站是给氢能燃料电池交通工具提供氢气或掺氢燃料加注服务的场所，主要由制氢设备、加氢机、压缩机、储氢装置、站控系统、安防系统、站内建筑和工作人员等。加氢站作为一种新兴的能源基础设施，除了对自身资产和工作人员有安全风险外，还对顾客及站外建筑和公众有潜在安全风险。
加氢站的氢气设备在不同环节存在设备破裂、失效和氢气泄漏风险，氢气泄露后扩散不及时将产生可燃气云，遇到点火源将发生火灾进而发展到爆炸事故；在加氢过程中氢气与其他气体发生反应或管道中油污清理不及时，氢气纯度不符合氢燃料电池所需氢气质量要求，导致氢燃料电池被污染而产生赔偿风险；因氢气的易燃易爆特性，站内工作人员存在职业风险，如烧伤、碱液烫伤、死亡风险等；另外工作人员存在安全生产规章制度和安全操作规程不熟悉，不掌握岗位安全操作技能，安全意识淡薄，操作流程不规范等导致发生人为事故；最后随着互联网的应用普及，加氢站还会面临外部网络攻击风险，导致加氢设备失效及其他安全事故发生。
对于顾客来说，最大的风险源是氢气压缩机的泄漏，风险占比超过95%；其次是加氢机和站内储氢瓶，二者风险占比不到5%；据试验表明，压缩机和加氢机之间区域的死亡风险最大，压缩机和加氢机区域周边的风险值也较大，而储氢系统周围的死亡风险较低。同时，顾客可能因未按照加氢站安全管理规定而携带或使用带有点火源的设备导致火灾或爆炸事故发生。加氢站的第三方风险，即给站外公众带来的风险，主要是加氢站安全距离的确定，在安全距离内，居民楼、人口聚集的公共建筑如医 院、学校等存在安全风险。
2.5用氢
氢能源的应用有两种方式：一是直接燃烧（氢内燃机），二是采用燃料电池技术，燃料电池技术相比于氢内燃机效率更高，故更具发展潜力。目前以燃料电池技术为基础的应用已经很广阔，其中燃料电池车正在大力推进中，未来将遍及所有能源相关下游的包括汽车、发电和储能等领域。笔者重点识别氢燃料电池车的相关风险。
氢燃料电池汽车技术规范将氢燃料电池汽车划分为加氢系统、储氢系统、供氢系统、燃料电池系统、电驱动和动力管理系统五个关键系统。
目前，因国内外燃料电池汽车多采用高压气态储氢方式，故在高压氢气加注过程中，车载氢瓶内氢气容易快速升温，存在安全隐患，需要在加注过程中检测车载压缩氢气存储系统内的各压力、容量、温度及授权指令等数据。
氢燃料电池汽车的储氢系统主要是压缩气体储存系统，包括氢气瓶、温度驱动压力泄放装置、组合阀（单向阀、截止阀）及配件等。由于氢气在高压下容易从非金属内胆向外泄漏，且金属材质的瓶口阀与非金属内胆的连接强度难以保证，所以容易发生“非金属内胆纤维全缠绕气瓶”爆炸事故。
供氢系统在将车载高压压缩储氢气瓶内的氢气经减压阀减压后送至燃料电池电堆，为燃料电池电堆提供合适压力、温度和流量的氢气时，瓶口阀和减压阀等关键零部件存在失效风险、管路系统接头存在泄漏风险。
燃料电池电堆主要存在制造商设计问题导致运行风险和供氢纯度不符合要求导致电池污染风险；由软件、控制电路或保护/安全元器件的失效或加工不良或误动作引起的运行风险；燃料电池材料变质、腐蚀、脆变，存在有毒气体释放风险及有毒材料处置污染环境风险。
氢燃料电池汽车的燃料电池系统可输出300-600V的高压电，易出现短路或电击风险；燃料电池汽车发生碰撞时除可能有氢气泄漏外，还可能发生高压电漏电风险；在对动力蓄电池外接充电、需要对高压设备开舱带电调试或维修时，非专业人士在未经许可的情况下进行误操作，将对整车构成安全风险。
三、氢能产业风险管理对策
3.1共性风险管理对策
针对氢气易泄露、易扩散、易燃烧、易爆炸的风险，我们建议做好氢能产业的事前、事中、事后的全流程安全管理工作，达到避免事故发生、发生事故可控的安全管理要求。
事前：在系统设计里要有本质安全的设计。改进防火墙的设计，合理确定安全距离和安全区域；合理设计罩棚结构，设置机械或者自然通风，让泄露的氢气尽快消散掉；依靠防爆设计和防静电措施避免点火，尽量把火源消除掉；另外施工过程当中也要注意，要有相应的规程来指导施工。
事中：要做好氢气监测系统的布置和预警管理。氢能产业相关单位需建立全方位的监测和管理平台，利用大数据技术手段，通过持续、动态、可视化的数据平台实时监测氢能运行情况，一旦发生泄漏，则监测系统迅速发现泄漏源并提供预警，分风险级别采取相应处置手段，快速切断泄漏源，避免产生大规模泄漏。
事后：要做好消防和恢复生产方面的工作。企业要做好员工的安全培训（专业培训、消防培训和岗位培训）、加强防灾管理、制定防灾措施和应急预案，并定期开展预警演习。员工工作期间要严格按照操作规范作业，发生事故后能第一时间通过防灾网络进行安全处置，保障人员和财产的安全，减少事故损失，并尽快恢复生产。
另外针对氢脆的风险防范措施，笔者建议主要在材料选择、工艺使用和驱氢措施等三方面做好工作。首先要选择高强度、高韧性、抗延迟断裂性能好的材料，保证材料有较好的洁净度，有较高的断裂韧度和抗延迟断裂能力；其次要选择适宜的热处理技术，使用降低氢含量的工艺生产；最后进行防腐处理时，采用低氢脆电镀或无氢脆涂覆，应按标准要求及时驱氢，以防止氢脆断裂。
3.2个性风险管理对策
氢能产业的组成要素主要由人员（员工/顾客/第三方）、设备（生产设备/储运设备/加氢设备/监测设备/燃料电池等）、氢气产品等组成，我们就上述要素的个性风险提供管理对策。
人员风险管理：在生产过程中，员工要做好防护工作，防止碱液灼烫、高温烫伤和高压中电；在加氢时，顾客须严格按照站内安全管理要求，避免携带或点燃火源，同时与加氢设备保持安全距离；第三方人员须按安全要求做好自身防护工作，在氢气加工、生产和销售场所中未经许可不得触碰操作设备和不得在危险区域走动。
设备风险管理：首要风险是供应商产品质量问题，氢能相关企业需做好设备供应商的管理，制定产品质量管理办法，与供应商签署服务合同，从源头上控制产品质量风险及保障企业经营稳定运转；在制氢环节，做好制氢房、储氢室和充气室等区域的安全距离设置及通风口设置，并安装防雷装置和设置静电消除器；在储氢环节，做好储氢设备的固定管理，在加注氢燃料时做好降温和监测预警管理；在运氢环节，储氢设备要做好运清车辆/管道的静电管理及全程氢气泄露监测及做好减震措施，防止设备碰撞或振动或开裂导致氢气泄漏而引起火灾或爆炸；在加氢环节，做好氢气压缩机、加氢机等设备的安全距离设置，为加氢用户设置隔离墙；在用氢环节，使用氢燃料交通工具前要检查各个部件的安全指标是否合格，使用时要做好氢气泄漏的监测、高压电安全保护、燃料电池系统性能检测等。
氢气产品风险管理：目前氢燃料电池对氢气的纯度要求很高，氢气中的杂质会使电池催化剂中毒，降低发电效率，当杂质含量过度会使燃料电池的耐久性产生严重损害。为此，应全流程做好氢气产品的品质管理，在制氢环节通过工艺提升来提供氢气纯度，在储运环节通过对储氢罐或管道的定期清理避免氢气污染；在加氢环节通过氢气纯度传感器系统实时监控氢气的质量。
四、氢能产业风险转移建议
经对氢能产业的风险识别，笔者建议部分风险可通过自身管理水平提升而规避或减少风险，部分风险需要进行转移而降低未知风险损失。风险转移主要有两种形式，即通过合同或保险方式将风险转移给受让人。前面章节已建议氢能相关企业可通过与设备供应商签订合同转移产品质量风险，本章节介绍相关企业通过采购保险产品的方式将经营风险转移给保险公司，即由保险公司承担意外事故给企业带来的人员和财产损失。
笔者建议相关企业建立起保险管理体系，即通过全面保险保障有效转移风险。我们将此保险管理体系分为三个层次，首先是基础保障，即满足国家法规和监管要求，保障企业员工和第三方的安全；其次是经营保障，即保障企业财产安全，降低一般事故给企业带来的财务风险，保证正常运转；三是巨灾保障，即应对重大灾害事故给公司和第三方带来的巨额损失风险。
4.1基础保障
2021年9月1日，新修订的《中华人民共和国安全生产法》正式实施，在国家层面建立起了安全生产责任保险制度。国家鼓励生产经营单位投保安全生产责任保险，同时属于国家规定的高危行业、领域的生产经营单位，应当投保安全生产责任保险，未按国家规定投保的，将责令限期改正并处五万元以上十万元以下的罚款。氢能行业属于高危行业，相关企业通过采购安全生产责任保险，既满足监管要求，还转移安全生产责任风险，并且该险种还有事故预防和救援费用，为企业员工和第三方人员、财产提供了基础保障。但安责险未承保企业财产的风险及员工非安全事故的风险，同时相关保障额度较低，无法为企业正常经营提供充分保障，为此需要采购其它保险产品来补充。
4.2经营保障
氢能产业的高危险性决定了企业在自身资产和人员的风险转移方面有强烈需求，如有形/无形财产损失风险、员工职业病等，还有第三方责任需要转移，如产品责任，公众责任和承运人责任等。氢能企业需要为自身资产采购企业财产险、机器损坏险，希望保障更全面的企业还可以附加利损险、专利保险等；建议为企业员工集中采购雇主责任险，一是可以转移企业在用工方面的责任，二是通过集中采购可降低保险成本；氢能企业需考虑对周边第三方的影响程度，在安责险的基础上采购保额更高的公众责任险、环境污染责任险和承运人责任险，最大程度减少事故对公司正常经营的风险。
另外氢气作为燃料产品，加氢站需要通过采购产品责任险转移对氢燃料电池的污染风险，同时考虑到未来氢能行业将使用物联网、数字化等技术搭建系统监控和安全管理平台，相关企业将会面临网络攻击的风险，建议企业采购网络攻击保险，保障企业的系统安全和数据安全。
根据笔者多年的保险服务经验，建议企业在采购上述保险产品时做到应保尽保，足额投保，保证企业经营在突发事故时获得足额赔付，保证企业正常运转。
4.3巨灾保障
巨灾风险，简单地说，就是指可能造成巨大财产损失和严重人员伤亡的风险。巨灾的显著特点是发生的频率很低，但一旦发生，其影响范围之广、损失程度之大，一般超出人们的预期。鉴于目前极端天气频发，同时氢气具有易燃易爆性的特点，建议氢能行业通过巨灾保险来分散和转移风险，一般的操作方法是在企业采购常规保险的基础上，再以集团名义统一购买一份高额的财产保险和责任保险（如20亿以上），此类保险的赔付起点较高（一般与常规保险的保障额度衔接），主要为集团下属企业面临的潜在巨灾风险进行兜底，保障企业在遇到巨灾时，仍能稳健经营。目前国内大型化工央企多采用此种方式采购巨灾保险，从结果看，该保险制度起到了很好的风险转移效果。
五、结语
氢能产业因“双碳”目标的提出和绿色转型步伐加快而备受青睐，氢能产业前景广阔，但风险与机遇并存，建议强化氢能产业顶层设计，推动氢能产业健康有序发展；加快推进氢能技术标准化工作，强化标准对技术创新和产业发展的引领作用；加大氢能核心材料和关键技术研发，提升氢能产业化的安全水平；扩大氢能在不同领域的安全宣传工作，促进大众形成氢安全共识和氢能产业化发展。
来源：碳达峰与碳中和服务工作组:杜海江
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