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技术背景
随着技术的不断进步，氢燃料电池在电站领域的应用越来越广泛，成为备受瞩目的能源解决方案。由于氢气具有易燃、易爆的特性，氢燃料电池发电站的安全问题也备受关注，如果处理不当或受到外界因素影响，极易发生燃烧或爆炸危险，从而对波及周围建筑物，造成人员伤亡等安全事故。氢燃料电池发电站在运行过程中发生的危险主要由发电站选址、设备防爆选型及氢气泄漏与扩散等因素导致。因此本文将围绕氢燃料电池发电站的安全保障进行论述，旨在提高其安全性和可靠性，为氢燃料电池发电站的建设和发展提供一定的参考建议。
安全保障研究
如图1所示，为了充分梳理氢燃料电池发电站安全保障所涉及的问题，并结合发电站的安全隐患，将问题划分为以下2个方面进行深入研究和分析。
（1）基础安全要求:主要以发电站选址要求和建筑物及设备安全保障要求为主。其包括建发电站筑物选址及场景布局、发电站建筑物及设备的防爆、防雷等要求。
（2）安全措施要求:为了保障氢泄漏安全问题,本研究提出氢泄漏后的措施设置要求，包括人员安全保障措施、消防防火措施等。
图1 安全保障框架
2.1 基础安全要求
2.1.1 环境条件
发电站选址：在设计和建设氢燃料电池发电站时应充分考虑环境条件，包括气候、地形、风向等自然环境因素，应根据GB/T 27748.3-2017《固定式燃料电池发电系统 第3部分：安装》和GB 3886.14-2014《爆炸性环境 第14部分：场所分类爆炸性气体环境》的要求进行选址。
发电站基础设施布局：根据国家标准GB 50187-2012《工业企业总平面设计规范》规定，能源类建筑物应安置在常年最小风向频率的下风侧，以减少气体泄漏的风险。《工业企业总平面设计规范》及《火力发电厂总图运输设计规范》中明确规定易燃、易爆的建筑物通常布置在厂区的外围。氢燃料电池发电站为涉氢建筑物、设备及管路存在发生燃烧和爆炸的风险，为减少损失及人员伤亡需将有爆炸危险的建筑物置于厂区边缘区域，远离人员密集区域和交通枢纽位置，发电站基础设施安全距离的要求可参考GB 50516-2020《加氢站技术规范》。
2.1.2 建筑物及设备安全要求
发电站建筑物防爆安全保障：防爆屋的设计应根据参考GB 50016-2014《建筑设计防火规范》中第3.6.4条现行标准进行规划，在有爆炸危险的甲类厂房内，其泄压面积需依据标准中泄压公式计算并需满足防爆要求。
电气设备防爆安全保障：发电站内相关涉氢设备方面的选型应参照GB 50058-2014《爆炸危险环境电力装置设计规范》。由于氢气属于IIC类爆炸性气体，对应设备也需满足IIC要求。参考标准GB 50058-2014附录C的相关要求，根据氢气的化学品安全技术说明书（MSDS）可知，涉氢设备的使用温度级别选择T1-T6均可。GB/T 3836.1-2021《爆炸性环境 第1部分：设备通用要求》和GB/T 3836.4-2021《爆炸性环境 第4部分：由本质安全型“i”保护的设备》的相关要求，根据设备保护级别（EPL）的定义，氢气为爆炸性气体，在爆炸性气体环境中应选择的设备防护等级为Ga、Gb或Gc，见表1。
 表1 主要涉氢设备防爆等级要求
发电站建筑物及设备防雷安全保障：由于氢燃料电池发电设备大多装设在地处空旷、偏僻的野外环境，很容易受到雷电侵袭，造成设备损坏或停电故障，甚至对人身安全构成威胁。因此，对氢燃料电池发电站采取相关雷电防护措施变得十分重要。根据GB 50057-2010《建筑物防雷设计规范》、GB 50058-2014《爆炸危险环境电力装置设计规范》要求，所有电气设备都必须进行接地，以确保运行的安全可靠。储能电站布置在室外时，按照规程规范要求，需设置独立避雷针防直击雷；因此发电站要做好接地的同时装有防爆型避雷针，且电站需完全保护被保护对象。
设备安全保障：对于涉氢设备的设计，应采用先进的安全措施，严格符合国家标准规定的要求进行设计以确保其在使用期间安全可靠。这些措施包括使用符合规格要求的材料及备用部件，增强泄漏检测系统的灵敏度等。
安全措施要求
氢气泄漏的防范措施非常重要。一般情况下，氢气泄漏的防范措施主要分为以下几个方面:
班组管理和安全制度：严格的班组管理和安全制度可以确保涉氢设备运行的可靠性并减少事故的发生。
制定安全操作规范：在设备的使用过程中，应严格遵守安全操作规程。这包括进行定期的泄漏检测和维护，定期对设备进行安全性检查，向工作人员提供必要的培训和安全知识等。
泄漏检测系统：氢气泄漏检测系统应是完善的，包括压力传感器、漏气检测器、控制器、声光报警器等。检测范围应覆盖整个设备和周围区域，能够及时发现泄漏并采取相应措施以避免事故的发生。为确保涉氢房间内设备和人员的安全，需配备能够检测氢气浓度的警报设备。
通风系统：室内应配备通风及排风系统，应能够及时排除氢气，避免氢气积聚。通风和排风系统应符合GB/T 27748.3-2017《固定式燃料电池发电系统 第3部分：安装》中5.2.1、5.2.2和5.2.3中的具体要求，并定期进行检测和维护。
消防防火安全保障：氢气泄漏后在扩散的过程中遇到外部点火源则很可能会发生燃烧，氢气被点燃后，可能会发生射流火焰、闪火和爆炸事故。氢气爆炸产生的高温和超压会对人体和周围环境造成直接危害。根据GB/T 34539-2017《氢氧发生器安全技术要求》应用氢氧发生器的场所应配置二氧化碳灭火器或干粉灭火器等灭火器材。
在氢燃料电池发电站的安全保障领域，上海汽检氢能与燃料电池检测技术研究实验室集检测认证、研发创新、企业孵化于一体，提供氢能园区规划、EPC工程总包、检测认证、运维托管、设计咨询等服务，涵盖施工图设计、设备采购、调试交付全流程，具有从设计到运维的一站式解决方案，并确保设计安全性与经济性。
总结
针对选址、设备选型及氢泄漏与扩散等安全保障问题，需要搭建氢燃料电池发电站的安全保障框架。该问题主要涉及基础安全要求和安全措施要求两个方面，上海汽检结合构建的安全保障框架，提出了保障氢燃料电池发电站安全的方案。这些方案不仅符合现行的法规标准和文献研究，并充分结合实际应用，能够为未来氢燃料电池发电站的氢泄漏安全保障问题提供一定的参考。
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