氫能具有來源廣泛、清潔環保、循環利用等一係列優點，得到了各國科研機構、政zheng府fu和he企qi業ye的de高gao度du關guan注zhu。在zai氫qing能neng經jing濟ji的de諸zhu多duo前qian景jing中zhong，氫qing燃ran料liao電dian池chi車che被bei認ren為wei是shi最zui有you可ke能neng實shi現xian產chan業ye化hua的de應ying用yong之zhi一yi。伴ban隨sui世shi界jie各ge國guo氫qing燃ran料liao電dian池chi車che示shi範fan項xiang目mu的de實shi施shi，與yu之zhi相xiang配pei套tao的de氫qing能neng基ji礎chu設she施shi——加氫站，也在全球範圍發展迅速。據Fuel cell today 預測，2008年末全球加氫站總數達200zuo。suizheqingranliaodianchichedejinyibufazhan，jiaqingzhanshuliangjiangkuaisuzengjia，tongshishibixiangshiqurenkoumidugenggaodequyufazhan。jiaqingzhanjianshenengfouweigongzhongtigongzugouanquande、風(feng)險(xian)水(shui)平(ping)不(bu)高(gao)於(yu)傳(chuan)統(tong)油(you)氣(qi)站(zhan)的(de)技(ji)術(shu)保(bao)障(zhang)，將(jiang)成(cheng)為(wei)其(qi)進(jin)一(yi)步(bu)普(pu)及(ji)發(fa)展(zhan)的(de)瓶(ping)頸(jing)。因(yin)此(ci)，加(jia)氫(qing)站(zhan)風(feng)險(xian)評(ping)價(jia)問(wen)題(ti)已(yi)成(cheng)為(wei)各(ge)國(guo)科(ke)研(yan)機(ji)構(gou)研(yan)究(jiu)的(de)熱(re)點(dian)。
我國目前建成的主要有北京和上海的兩座加氫站，它們已成功地為中國科技部、聯合國開發計劃署（UNDP）和全球環境基金（GEF）組織的“中國燃料電池公共汽車商業化示範項目”和2008北京奧運會燃料電池汽車示範運行提供了氫氣加注服務。而隨著2010上海世博會期間更多燃料電池汽車的示範運行和國家“十城千輛”新能源汽車示範項目的開展，我國加氫站的建設也將進入加速發展階段，因此迫切需要開展加氫站風險評價的相關研究。
風險評價關注的內容通常包括人員傷亡、設備損害、財cai產chan損sun失shi及ji環huan境jing影ying響xiang等deng。加jia氫qing站zhan尚shang處chu於yu初chu級ji發fa展zhan階jie段duan，人ren的de安an全quan問wen題ti是shi第di一yi位wei的de，目mu前qian更geng多duo關guan注zhu的de是shi人ren員yuan傷shang亡wang。加jia氫qing站zhan對dui人ren員yuan造zao成cheng的de風feng險xian，分fen為wei3部分：第一方風險，即加氫站內部員工麵臨的風險；第二方風險，即加氫的顧客麵臨的風險；第三方風險，即加氫站周邊居民等麵臨的風險。
目前國際上常用的加氫站風險評價的方法主要有2類，快速風險評級（Rapid Risk Ranking，即RRR）和量化風險評價（Quantitative Risk Assessment，即QRA）。前者是定性的評估，後者是定量的評價。
1 加氫站快速風險評級
快速風險評級是一種粗略的定性風險評估，它是由一組有經驗的專家對氫能設施分析討論得到的結果。歐洲氫能一體化計劃階段二（European Integrated Hydrogen Project phase 2，即 EIHP2）給出了RRR方法在加氫站評估應用方麵詳細的操作步驟，並且用此方法對氨裂解製氫、甲醇重整製氫、甲烷重整製氫和電解水製氫等4zhongbutongleixingdezhanneizhiqingjiaqingzhanjinxinglepinggu。leisidepinggukeyibazhongyaodeweixianyuanhefengxianbianshichulai，haikeyigenjuzhuanjiajingyanzhaochuzuiweiweixiandeshigu。liru，zhenduibutongleixingzhanneizhiqingjiaqingzhandeRRR評估表明，高壓氫氣泄漏是最危險的情形，它將導致較大的危險距離。RRR最後給出的是通過與風險矩陣（表1）比較得出的風險評價結果，通過把專家討論得出的後果和概率與風險矩陣比照，可以得出高、中、低3種風險等級。
表1 EIHP2推薦風險矩陣標準
RRR的(de)最(zui)大(da)優(you)勢(shi)在(zai)於(yu)快(kuai)，這(zhe)是(shi)它(ta)能(neng)被(bei)廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)的(de)重(zhong)要(yao)原(yuan)因(yin)，但(dan)由(you)於(yu)它(ta)主(zhu)要(yao)依(yi)賴(lai)專(zhuan)家(jia)的(de)經(jing)驗(yan)，主(zhu)觀(guan)性(xing)較(jiao)強(qiang)，僅(jin)可(ke)用(yong)於(yu)定(ding)性(xing)的(de)粗(cu)略(lve)判(pan)斷(duan)。當(dang)對(dui)風(feng)險(xian)進(jin)行(xing)更(geng)為(wei)深(shen)入(ru)的(de)分(fen)析(xi)，尤(you)其(qi)是(shi)對(dui)風(feng)險(xian)等(deng)級(ji)高(gao)的(de)事(shi)故(gu)進(jin)行(xing)更(geng)為(wei)細(xi)致(zhi)的(de)評(ping)價(jia)時(shi)，就(jiu)需(xu)要(yao)用(yong)到(dao)定(ding)量(liang)分(fen)析(xi)方(fang)法(fa)QRA。
2 加氫站量化風險評價
量化風險評價技術（QRA）已成為國際上氫能設施安全研究的熱點。主要原因在於，QRA不僅可以科學地評價氫能設施或某一具體事故的風險，估計風險降低的可能，為風險減輕措施提供指導和建議；更(geng)重(zhong)要(yao)的(de)是(shi)，它(ta)可(ke)直(zhi)接(jie)用(yong)於(yu)氫(qing)能(neng)安(an)全(quan)相(xiang)關(guan)標(biao)準(zhun)的(de)製(zhi)定(ding)，如(ru)安(an)全(quan)距(ju)離(li)的(de)確(que)定(ding)等(deng)。而(er)氫(qing)能(neng)安(an)全(quan)相(xiang)關(guan)標(biao)準(zhun)的(de)製(zhi)定(ding)和(he)完(wan)善(shan)，是(shi)氫(qing)能(neng)設(she)施(shi)大(da)規(gui)模(mo)走(zou)向(xiang)公(gong)眾(zhong)的(de)前(qian)提(ti)。
2.1 加氫站量化風險評價方法
目前國際上麵向加氫站的量化風險評價中，有很多方法被吸收采納，這些方法大致可分為4類。
1）危險辨識技術。如預先危險分析（PHA）、危險與可操作性分析（HAZOP）以及失效模式和後果分析（FMEA）。
2）概率分析技術。如故障樹分析（FTA）、事件樹分析（ETA）等。
3）後果量化評價。用於模擬泄漏的，如統一擴散模型（Unified Dispersion Model，即UDM）和基於CFD原理的各類模型；用於模擬爆炸的，如TNT模型、TNO模型以及Baker-Strehlow模型等；用於模擬射流火焰的API模型和Shell模型等。
4）風險度量技術。也就是把後果和概率綜合為風險，量化表達風險水平。通常有兩種方法度量加氫站的風險：個人風險（Individual risk）和社會風險（Societal risk）。
不論使用哪一種風險度量的方法，最後其結果都需要和風險可接受標準（Risk acceptance criteria）相比較，以評價風險能否被接受。上述方法結合起來，就組成了氫能設施量化風險評價的流程（圖1）。
圖1 氫能設施量化風險評價流程
危險辨識技術用到的各種方法大都是過程工業上較為成熟的技術，通常直接拿來用於加氫站風險評價。PHA是預先找出可能事故並定性評價事故後果的一種簡單技術，優點在於快，但主觀性強，主要有賴於專家的經驗。HAZOP同樣是由一組有經驗的專家在一起集體分析討論，不同的是，HAZOP是一種係統全麵的分析，不僅是工業上非常成熟的一種技術，在氫能安全領域也應用很多年。早在1983年，加拿大國家研究理事會（National Research Council of Canada）就資助研究了麵向加氫站的HAZOP研究，如今HAZOP已被殼牌(Shell)、挪威船級社（DNV）等知名公司用於商業化的風險評價。FMEA也是工業中廣為應用的一種分析技術，與HAZOP不同的是，後者側重於找出所有可能的危險，而前者更側重於找出係統所有可能的失效模式，並評估其嚴重性。FMEA的優勢在於，它不僅可以定性描述後果，而且可以量化評價後果的嚴重性。最近有日本學者對加氫站進行風險評價時，把HAZOP和FMEA聯合使用，以期對係統進行更為細致的檢查。
故(gu)障(zhang)樹(shu)分(fen)析(xi)可(ke)以(yi)從(cong)基(ji)本(ben)事(shi)件(jian)出(chu)發(fa)，找(zhao)出(chu)頂(ding)上(shang)事(shi)件(jian)概(gai)率(lv)，故(gu)障(zhang)樹(shu)提(ti)供(gong)了(le)一(yi)種(zhong)尋(xun)找(zhao)事(shi)故(gu)原(yuan)因(yin)及(ji)發(fa)生(sheng)概(gai)率(lv)的(de)科(ke)學(xue)方(fang)法(fa)。氫(qing)能(neng)設(she)施(shi)發(fa)展(zhan)時(shi)間(jian)不(bu)長(chang)，故(gu)障(zhang)概(gai)率(lv)統(tong)計(ji)缺(que)乏(fa)，因(yin)此(ci)故(gu)障(zhang)樹(shu)分(fen)析(xi)顯(xian)得(de)尤(you)為(wei)重(zhong)要(yao)。德(de)國(guo)的(de)Rosyiddengrenzengduijiaqingzhanchuqingguanxieloukenengzaochengdeyuanyinjinxingleguzhangshufenxi，bingcongjibenshijianchufa，tuidaogusuanledingshangshijianfashengdegailv。shijianshufenxitigongleyizhongtuiyankenengshiguhouguojiqifashenggailvdefangfa，shijianshukeyibashijianfashenghouanbaoxitongdefanyingnenglijishixiaogailvkaolvzainei，woguofengyidengzengshiyongqingxieloushijianshuduiqingranliaodianchiqichededaoluanquanxingjinxinglechubufenxipinggu。
後(hou)果(guo)量(liang)化(hua)評(ping)價(jia)以(yi)氫(qing)行(xing)為(wei)及(ji)其(qi)後(hou)果(guo)方(fang)麵(mian)的(de)研(yan)究(jiu)為(wei)基(ji)礎(chu)，由(you)於(yu)控(kong)製(zhi)方(fang)程(cheng)複(fu)雜(za)，計(ji)算(suan)量(liang)大(da)，因(yin)此(ci)通(tong)常(chang)使(shi)用(yong)軟(ruan)件(jian)來(lai)模(mo)擬(ni)計(ji)算(suan)。把(ba)後(hou)果(guo)和(he)概(gai)率(lv)綜(zong)合(he)為(wei)最(zui)後(hou)的(de)風(feng)險(xian)，需(xu)要(yao)用(yong)到(dao)風(feng)險(xian)度(du)量(liang)工(gong)具(ju)。通(tong)常(chang)有(you)兩(liang)種(zhong)方(fang)法(fa)度(du)量(liang)加(jia)氫(qing)站(zhan)的(de)風(feng)險(xian)：個(ge)人(ren)風(feng)險(xian)和(he)社(she)會(hui)風(feng)險(xian)。個(ge)人(ren)風(feng)險(xian)是(shi)指(zhi)一(yi)個(ge)人(ren)站(zhan)在(zai)某(mou)個(ge)地(di)理(li)位(wei)置(zhi)上(shang)每(mei)年(nian)傷(shang)亡(wang)的(de)概(gai)率(lv)，所(suo)以(yi)也(ye)稱(cheng)地(di)理(li)風(feng)險(xian)。社(she)會(hui)風(feng)險(xian)，是(shi)針(zhen)對(dui)事(shi)故(gu)而(er)言(yan)的(de)，是(shi)指(zhi)造(zao)成(cheng)N人(ren)傷(shang)亡(wang)的(de)事(shi)故(gu)，每(mei)年(nian)發(fa)生(sheng)概(gai)率(lv)是(shi)多(duo)少(shao)。因(yin)此(ci)，個(ge)人(ren)風(feng)險(xian)最(zui)後(hou)繪(hui)出(chu)的(de)是(shi)包(bao)羅(luo)某(mou)個(ge)危(wei)險(xian)源(yuan)的(de)風(feng)險(xian)等(deng)高(gao)線(xian)，而(er)社(she)會(hui)風(feng)險(xian)則(ze)繪(hui)出(chu)的(de)是(shi)傷(shang)亡(wang)概(gai)率(lv)對(dui)傷(shang)亡(wang)人(ren)數(shu)的(de)一(yi)條(tiao)曲(qu)線(xian)。
2.2 加氫站量化風險評價中存在的問題與爭議
zaijiaqingzhanlianghuafengxianpingjiazhong，shejidaoliangleibiaozhundexuanze。yileishihouguopingjiashixuyongdaoshangwangbiaozhun，yejiushiduodadechaoyahuofushezhihuizaochengrensiwanghuoshoushang，jisunhaixian（Damage limit）的確定；另(ling)一(yi)類(lei)是(shi)風(feng)險(xian)可(ke)接(jie)受(shou)標(biao)準(zhun)的(de)確(que)定(ding)，即(ji)風(feng)險(xian)處(chu)於(yu)什(shen)麼(me)水(shui)平(ping)認(ren)為(wei)是(shi)可(ke)接(jie)受(shou)的(de)。這(zhe)兩(liang)類(lei)標(biao)準(zhun)目(mu)前(qian)國(guo)際(ji)上(shang)尚(shang)無(wu)定(ding)論(lun)，不(bu)同(tong)機(ji)構(gou)組(zu)織(zhi)給(gei)出(chu)的(de)推(tui)薦(jian)值(zhi)各(ge)不(bu)相(xiang)同(tong)，存(cun)在(zai)一(yi)定(ding)爭(zheng)議(yi)。
2.2.1不同後果損害限的確定
無wu論lun是shi個ge人ren風feng險xian，還hai是shi社she會hui風feng險xian的de確que定ding，都dou是shi以yi後hou果guo量liang化hua評ping價jia為wei前qian提ti的de。但dan後hou果guo量liang化hua評ping價jia時shi損sun害hai限xian的de選xuan用yong，國guo際ji上shang存cun在zai一yi定ding爭zheng議yi。如ru火huo災zai輻fu射she值zhi的de死si亡wang限xian，歐ou洲zhou工gong業ye氣qi體ti協xie會hui（EIGA）的推薦值為9.5kW/m，意大利塞維索法令（Seveso Directive）的規定值是7Kw/m2。再例如，對閃火後果評價時，國際火災規範（International Fire Code，即IFC）將閃火無危害限定為1/2燃燒下限，即氫氣濃度為2%就不會對人造成任何危害，塞維索法令則認為1/2的燃燒下限是造成死亡的起點。諸如此類，包括爆炸引起的超壓的危害，各組織推薦值也不盡相同。如塞維索法令認為，0.03Pa超壓即可造成傷害，而EIGA則認為該值為0.07Pa。損害限選取的不同，將直接影響後果量化評價的結果。
2.2.2風險可接受標準的確定
風險可接受標準的確定是QRA中的關鍵因素，不同的風險標準導致不同的QRA評價結果。目前國際上針對加氫站的風險標準的確定，就個人風險而言，大致有3種途徑。
1）參照個人意外死亡風險數據取百分比
把ba個ge人ren日ri常chang生sheng活huo意yi外wai死si亡wang風feng險xian統tong計ji數shu據ju取qu百bai分fen比bi作zuo為wei風feng險xian可ke接jie受shou標biao準zhun，這zhe一yi方fang法fa已yi經jing被bei許xu多duo機ji構gou所suo采cai納na，但dan各ge機ji構gou所suo采cai用yong的de百bai分fen數shu並bing不bu相xiang同tong。如ru美mei國guo核he管guan理li委wei員yuan會hui（Nuclear Regulator Commission）把意外死亡風險數據乘以0.1%作為氫能事故的風險可接受標準，EIHP2則把這一百分數提高到1%，EIGA甚至采用17.5%。EIGA根據統計數據，個人意外死亡概率取2×10-4，因此個人風險可接受標準確定為:2×10-4×17.5% = 3.5×10-5，EIGA同時建議無害風險標準（no harm risk criteria）比該標準低兩個數量級。EIHP2也采納個人意外死亡概率統計數據2×10-4，但乘以1%後，個人風險可接受標準為2×10-6。可見，風險可接受標準在國際上是爭議比較大的。
2）參照火災和爆炸風險數據
zhezhongfangfashiduishangshufangfadeyizhonggaijin，jijinbayiwaishanghaihuosiwangshujuzhongyouhuozaihebaozhayinqidefengxianshujuzuoweicanzhao，erbushinazongfengxianzuoweicanzhao。zhezhongfangfasuiranconglinianshangjinbulexuduo，danxuyaogenjushijixuyaorenzhenkaolvjiujingxuanqunagefengxiantongjishuju。birushuo，meiguoyouhuozaiyinqidesiwangfengxianshi1.2×10-5，由爆炸超壓引起的死亡風險是6.0×10-7，這是總的數據。進一步的數據有，由高致燃物質導致的火災死亡風險為2.0×10-7，室內火災死亡風險為9.5×10-6，室外火災死亡的風險為8×10-8 deng。jiujingxuanqunayizhongsiwangfengxianshujuzuoweicanzhao，xuyaogenjufengxianpingjiadeshijixuyaolaixuanqu。ciwai，youyuzhishangfengxiantongjishujudequefa，gaifangfajianyizhishang（injury）風險標準的選取參照死亡（fatality）風險標準，增加兩個數量級。
3）參照現有油氣站的風險數據
canzhaoxianyouyouqizhandefengxianshujusihushigenghaodefangfa，yihandeshi，meiyougongkaifabudeyouqizhanfengxianpingjiashujukegongcankao，yinci，cifangfayingyongshoudaohendaxianzhi。muqiankezhaodaodeguanyujiayouzhanhuozaideyouxianshuju，rumeiguo10 000座加油站統計數據表明，單個加油站火災的發生頻率為7.4×10-2/a，其中多數由車輛著火引起，大致為4.6×10-2/a，占62%；由汽油泄漏引起的大致為3×10-3/a，占4%。單個加油站每年發生的事故中由火災導致的致死風險為2×10-5/a·人，致傷風險為7×10-4/a·人。這些有限的數據，也可以為加氫站風險可接受標準的製定提供參考。
另外一種標準——社(she)會(hui)風(feng)險(xian)可(ke)接(jie)受(shou)標(biao)準(zhun)的(de)確(que)定(ding)，往(wang)往(wang)需(xu)要(yao)考(kao)慮(lv)人(ren)們(men)對(dui)不(bu)同(tong)等(deng)級(ji)的(de)危(wei)害(hai)的(de)厭(yan)惡(e)程(cheng)度(du)。有(you)研(yan)究(jiu)表(biao)明(ming)，在(zai)傷(shang)亡(wang)人(ren)數(shu)相(xiang)同(tong)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)，人(ren)們(men)更(geng)能(neng)接(jie)受(shou)危(wei)害(hai)小(xiao)頻(pin)率(lv)高(gao)的(de)事(shi)件(jian)，而(er)不(bu)能(neng)接(jie)受(shou)危(wei)害(hai)大(da)但(dan)頻(pin)率(lv)低(di)的(de)事(shi)件(jian)。社(she)會(hui)風(feng)險(xian)可(ke)接(jie)受(shou)標(biao)準(zhun)可(ke)以(yi)由(you)下(xia)式(shi)給(gei)出(chu)：
F≤10-3N -2
式中，F是死亡概率，N是死亡人數。即：造成10人死亡的事故發生概率必須小於10-5/a，造成100人死亡的事故發生概率必須小於10-7/a，依此類推。
作者簡介：李誌勇，同濟大學博士生，研究方向--氫係統安全風險分析，本文已發表於《科技導報》09年16期。
2026-04-11 09:35:58
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