20170622-国金证券-燃料电池行业系列研究之五：燃料电池车用氢安全性分析：氢气安全吗？_26页_2mb

燃料电池行业氢气安全性分析总结

核心内容概述

本文围绕氢气在燃料电池汽车中的安全性展开，从氢气的特性、储运过程、燃料电池车辆设计、事故和极端情况下的安全表现、以及加氢基础设施的安全规范等多个方面进行了详尽分析。结论指出，氢气在燃料电池汽车中的安全应用已经非常成熟，其安全性不亚于传统燃料和锂电池，且具备良好的防爆、防泄漏、防静电等多重安全设计，能够有效降低事故风险。

主要观点

• 氢气的泄漏性：虽然氢气泄漏速度较快，但泄漏能量较低，且在高压状态下其体积能量密度仅为汽油的16.7%。
• 氢气的扩散性：氢气密度仅为空气的7%，扩散系数远高于其他常见燃气，泄漏后可迅速扩散并降低浓度，有利于安全。
• 氢气的爆炸性：氢气爆炸极限范围较宽（4%-75.6%），但单位体积爆炸能量最低，且爆炸后不会产生浓烟或灰霾。
• 氢脆现象：氢气可能引起金属脆化，但通过选用抗氢脆材料（如铝合金内胆碳纤维缠绕）和避免杂质污染，可以有效控制该风险。
• 储运安全：当前主要采用气氢拖车运输，配有完善的充装与运输安全措施，如超压保护、回流保护、放空保护等。
• 燃料电池车辆设计：车辆具备严格的测试和监控体系，如温度、压力传感器、氢气泄漏报警系统等，确保运行安全。
• 极端情况下的安全性：在子弹贯穿、火烧等极端情况下，储氢瓶不会发生炸裂或爆炸，且氢气泄漏后迅速扩散，难以形成爆炸性混合气体。
• 加氢基础设施规范：已有明确的安全技术规范，如《加氢站技术规范》和《建筑设计防火规范》，并逐步完善，确保加氢站建设与运行的安全性。

关键信息

氢气特性对比

储氢瓶材料与设计

• 材料选择：采用铝合金内胆碳纤维缠绕结构，具有高储氢密度、抗氢脆性能。
• 结构特点：三层结构，包括高强度聚合物、强化碳纤维和玻璃纤维，总厚度25mm。
• 安全防护：储氢瓶配有防爆墙、固定支架、安全阀、易熔栓等装置，确保在碰撞或火灾中不会造成严重后果。

安全设计与措施

• 充装安全：配备超压泄压安全阀、回流阀、放空管道等，防止氢气泄漏和爆炸。
• 运输安全：气氢拖车配备导静电装置、安全联锁系统，确保运输过程中氢气不发生危险。
• 车辆安全：具备氢气泄露检测、温度监控、过压保护、碰撞安全测试等，确保车辆在各种情况下的安全性。

加氢站安全规范

• 安全距离：根据《加氢站技术规范》，储气设备与压缩机、加气机、站房之间需保持一定距离。
• 设备要求：包括管束拖车、压缩机、储气瓶组、加气机等，配备超压报警、火焰报警、排风系统等。
• 安全标准：各国已建立相关安全法规，如美国NFPA2、日本“高压燃气保安法”等，我国也在不断完善相关标准。

风险提示

• 下游需求不达预期：燃料电池汽车的推广速度和市场接受度可能影响行业发展。
• 技术与成本挑战：储运和加氢技术仍需进一步优化，以降低成本并提高安全性。

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投资建议

• 评级：买入 维持评级。
• 行业长期竞争力评级：高于行业均值。
• 预期：燃料电池行业未来有望持续增长，技术不断成熟，安全措施逐步完善，具备良好的投资价值。

总结

氢气在燃料电池汽车中的安全性已经得到了充分验证。通过合理的材料选择、安全设计、监控系统以及完善的储运和加氢站规范，氢气的使用风险被有效控制。与传统燃油车和锂电池车相比，燃料电池车在安全性能上具有显著优势，尤其是在氢气泄漏和爆炸的控制方面。尽管存在一定的安全隐患，但目前的防护措施和技术已经能够有效应对，确保氢气在燃料电池系统中的安全应用。随着技术的进一步发展和标准体系的完善，燃料电池汽车有望成为未来重要的清洁能源载体。