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1、加氢站技术执行摘要白皮书2UL.com/services/hydrogen-integrated-system-services白皮书2燃烧化石燃料使二氧化碳排放增加,进而造成全球变暖。我们一直在不同领域寻求更环保的解决方案,而这将直接影响全球运输系统。截至 2021 年,全球汽车产量已达 14 亿辆,到 2035 年,这一数字预计将增长到 18 亿。各家公司和消费者都在寻找环保的解决方案。2022 年,氢气作为汽车燃料已经成为现实。但是,在确定某种燃料的环保程度时,还要考虑很多其它方面。首先要考虑的就是生产成本,氢气的来源类型也是要考虑的重要方面。氢气的生产使用多种颜色分类:例如灰色、蓝色、
2、蓝绿色和绿色。它们之间的基本区别是工艺和来源,下文将会详细介绍这一点。由于全球各国政府都需要致力于向零排放汽车转型,因此不仅氢燃料汽车,电动汽车也会变得越来越受欢迎。2021 年 11 月在英国召开 COP26(格拉斯哥联合国气候变化会议)后,多国政府同意寻求向零排放汽车转型。例如,美国政府签署了 基础设施法 以帮助国家向洁净能源传输转型。白皮书3UL.com/services/hydrogen-integrated-system-services白皮书3氢气来源类型氢气可以从多种来源产生。但最常见的来源仍是化石燃料。随着向可再生能源转型,各国可从生产绿色氢气受益。下面列出了不同颜色氢气的示例
3、,这些颜色与来源直接相关。灰色氢气工艺:蒸汽甲烷转化(SMR)或气化来源:甲烷或煤蓝色氢气工艺:使用碳捕获技术的蒸汽甲烷转化(SMR)或气化(8595%)来源:甲烷或煤蓝绿色氢气工艺:热解来源:甲烷绿色氢气工艺:电解来源:可再生能源发电(*)(*)还有其他绿色氢气生产方法,可能包括:从重整沼气中提取氢气和从废弃物中提取氢气。低压储存压缩机氢气冷却器加氢机冷却系统使氢气降至-40FCEV热交换器干式冷却器四通阀四通阀高压储存气源装置压缩系统输送储存系统预冷却高压管道车辆加注氢燃料电池电动汽车(FCEV)白皮书4UL.com/services/hydrogen-integrated-system-
4、services白皮书4加氢站从气体传送到加注的整个工艺流程典型的加氢站包含多个组成部分,包括:低压储存气罐、压缩机、热交换器、干式冷却器、低、中和高压容器、四通阀、氢气冷却系统(降至-40 度)和加氢机。下图显示了这种典型的氢气加注系统:氢气加注有哪些相关危险?氢气特定危险加注不当、金属部件脆化、高压、低温、软管破裂、分离操作危险场所气体云爆炸、火花点火、热点火、区域分类功能安全关键安全功能意外运行、泄漏检测、紧急停止、工艺流程其它危险火灾、触电和人员伤亡风险白皮书5UL.com/services/hydrogen-integrated-system-services白皮书5美国市场氢气特定
5、危险 ANSI/CSA HGV 系列 SAE J2600,“压缩氢气地面车辆加气连接装置”SAE J2601,“轻型气态氢地面车辆燃料加注协议”UL 2249,“氢燃料加注系统评估大纲”SAE J2799,70MPa 压缩氢气地面车辆加气连接装置以及可选车辆与加气站通信 美国国家标准和技术研究所(NIST)度量衡办公室,氢气测量设备危险场所 UL 60079 系列 UL 1203 用于危险场所的防爆和防尘燃电气设备 UL 121201 用于 I 类和 II 类 2 区和 III 类 1 区和 2 区危险场所的非易燃电气设备 UL 913 用于 I、II 和 III 类,1 区,危险场所的本质安
6、全设备和相关设备 NFPA 497 易燃液体、气体或蒸气分类和化学加工区电气装置危险场所分类的推荐规程功能安全 UL 1998 可编程组件中的软件 UL 991 使用固态设备的安全相关控制测试标准 IEC 61508 电气/电子/可编程电子安全相关系统 的功能安全 IEC 61511-1,“功能安全过程工业领域安全仪表系统第 1 部分:框架、定义、系统、硬件和应用程序编 程要求”普通场所火灾、触电和人员伤亡:UL 50E,“电气设备防护罩,环境因素”UL 508 第 1 部分,“工业控制设备”UL 508A,“工业控制柜”UL 1238,“与易燃液体分送设备一起使用的控制设备”UL 1995,
7、“加热和冷却设备”UL 61800-5-1,“可调速电驱动系统第 5-1 部分:安全要求电气、热和能源”ANSI/UL508C,“电力转换设备”UL 991,“采用固态元件的安全控制装置试验”针对这些危险的美国标准和规范对于美国市场,针对不同危险的标准涵盖以下方面:氢气、危险场所、功能安全和普通场所火灾、触电和人员伤亡。下表列出了不同标准及其准入市场。白皮书6UL.com/services/hydrogen-integrated-system-services白皮书6国际市场氢气特定危险 ISO TS 20100,气态氢服务站 ISO 17268 气态氢地面车辆加气连接设备 ISO 19880
8、-1 气态氢加气站第 1 部分:一般要求 ISO 19880-2 气态氢加气站加氢机设备 ISO 19880-3 气态氢加气站第 3 部分:阀 ISO 19880-5 气态氢加气站第 5 部分:加注设备设备软管和软管组件第一版 ISO 19880-6 气态氢加气站配件 ISO 19880-8 气态氢加气站第 8 部分:氢气质量控制危险场所 IEC 60079 系列 IEC 60079-10-1,“区域分类爆炸性气体环境”功能安全 IEC 61508 电气/电子/可编程电子安全相关系统的功能安全 IEC 61511-1,“功能安全过程工业领域安全仪表系统第 1 部分:框架、定义、系统、硬件和应用
9、程序编程要求”IECEx 系统 IECEx OD 290 认证设备计划与气态氢的生产、加注和使用相关的设备、组件和系统的 IECEx 认证统一流程 CoPC Ex011 氢气安全人员能力培训模块 氢气加注系统可按照以下美国标准建造:加氢机:HGV 4.1 软管:HGV 4.2 氢气加注参数评估:HGV 4.3 气态氢加气站阀:HGV 4.4 压缩机指南:HGV 4.8 加氢站:HGV 4.9 配件:HGV 4.10 压缩氢气地面车辆连接装置:SAE J2600 分离器HGV 4.4,手动阀HGV 4.6 和自动阀HGV 4.7 现已纳入气态氢加气站阀HGV 4.4 标准。针对这些危险的国际标准
10、对于国际市场,针对不同危险的标准涵盖以下方面:氢气、危险场所、功能安全和普通场所火灾、触电和人员伤亡。下表列出了不同标准及其准入市场。白皮书7UL.com/services/hydrogen-integrated-system-services白皮书7有哪些安全认证?UL 如何提供支持?认证解决方案可分为两个级别:组件级认证 系统级认证UL 提供下列类型的认证:证书(Certificate)与产品、工艺、系统或人员有关的第三方认证。这是一个广泛的术语,涵盖美国国家认可测试实验室(NRTL)提供的不同服务项目。列名(Listed)这在规范中定义为“由一个组织公布的包含设备、材料或服务的清单,该组
11、织被具有管辖权的机构接受,涉及产品或服务的评估,对所列设备或材料的生产进行定期检查,或定期评估服务,其清单说明设备、材料或服务符合适当的指定标准,或已经过测试并确定适合于特定用途。”认可或认可组件(Recognition or Recognized Component)因结构功能或测试不完整,经过评估可用于完整产品或系统的组件或材料。这些组件仅可用于有资格获得认证的最终产品。有限生产认证(Limited Production Certification)对单个单元或有限数量的产品进行全面结构审核、测试评估,然后作出认证决定的过程。在现场确认每件设备后,即可授权使用认证标志。对于组件或系统级认证
12、,UL 拥有的解决方案可满足不同客户需求。现场评估(Field Evaluation)协助具有管辖权的机关(AHJ)确定产品“验收”的过程,从而“批准”安装。仅限于工地安装。评估流程包括文件审核、有限测试和设备检查。白皮书8UL.com/services/hydrogen-integrated-system-services白皮书8氢燃料加注系统认证根据氢气加注系统 CSA/ANSI HGV 4.1 标准 5.12.2 风险评估,加氢站的制造商应执行安全审核,其中应包括对供应的系统和设备的安全分析进行审核。安全分析可包括危险作业审核(HAZOP)或失效模式及影响分析(FMEA),或等同风险评估
13、,旨在确定对加氢站作业有重大影响的故障。NFPA 2 氢气技术规范和 HGV 4.9 加氢站标准中也要求进行风险评估。该系统认证计划取决于这些标准中的风险评估审核。UL 2249 标准由 UL Solutions 专家制定,涵盖现场组装和模块化的气态加氢站(HFS),主要针对氢燃料电池电动汽车的氢燃料加注应用的需求该系统可包括用于压缩、储存、冷却氢气以及将氢气从站储存设备和/或压缩机系统输送至车辆燃料箱的电子控制装置和软件。该系统可包括模块化输送、压缩、储存和加注设备,这些设备作为一个系统整体协调运行。白皮书9UL.com/services/hydrogen-integrated-system
14、-services白皮书9其它氢气相关服务项目燃料电池模块认证服务 UL 2262 便携式和固定式设备用燃料电池模块评估大纲 IEC 62282-2-100 燃料电池技术第 2-100 部分:燃料电池模块安全性(认证)工业卡车燃料电池认证 UL 2267 安装于工业电动卡车内的燃料电池动力系统 IEC 62282-4-101 燃料电池技术第 4-101 部分:用于除公路车辆和辅助动力装置(APU)以外的推进装置的燃料电池动力系统电动工业卡车的安全性固定式燃料电池认证服务 ANSI CSA FC1燃料电池技术第 3-100 部分:固定式燃料电池动力系统 IEC 62282-3-100燃料电池技术
15、第 3-100 部分:固定式燃料电池动力系统氢气发生器 UL 2264A 水电解型氢气发生器 UL 2264B 利用水反应的氢气发生器 UL 2264D 便携式水电解型氢气发生器 UL/CSA FC4(正在制定中)以氢气及氢气混合物为燃料的发电机 UL 2200(CRD)固定式引擎发电机组件 ANSI/CSA 美国 FC 3便携式燃料电池动力系统 储能系统和设备 UL 9540 储能系统和设备其它氢气组件标准 UL 147 手持式燃气喷灯 UL 252 压缩气体调节器 UL 252A 压缩气体调节器配件 UL 404 压缩气体设备用压力指示计 UL 429 电动阀目前允许一些泄漏 UL 135
16、7 氧气-燃料气体组合火焰消除装置和背压止回阀 UL 1358 压缩气体止回阀和软管接头 UL 1477 压缩气体截止阀白皮书10UL.com/services/hydrogen-integrated-system-services10白皮书请访问 UL.com/services/solutions/hazardous-locations 了解详细信息。工业系统监管评估服务|UL Solutions精心策划的监管监测 工业氢气系统监管评估服务将收集管辖安全性、健康和环境的技术法规的公开和权威信息,从而针对客户的系统和目标市场创建技术法规和标准(TRS)报告。该报告还确定针对该产品和系统关键部分的强制要求。TRS 报告让客户能够制定监管策略,以便及时且经济高效地进入市场,包括在产品和系统从运行到淘汰的整个过程中确保监管合规的要求。