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先進氫能技術與應用工作坊 德國萊因分享台歐氫能安全與減碳經驗

2021-07-12Taiwan

歐洲在台商務協會 (European Chamber of Commerce Taiwan, ECCT) 低碳倡議行動(Low Carbon Initiative, LCI) 與台灣電力公司電力研究所於110年7月6日在台北舉辦系列工作坊,主題為先進氫能技術與應用 (Advanced Hydrogen Technologies & Applications」,邀請各方專家分別就氫能減碳及安全應用的技術發展內容進行發表,德國萊因TÜV也應邀演講氫氣製造、輸送及儲存的製程安全解決方案 ,線上吸引超過 240 位國內外產官學專家及業界人士共襄盛舉。

此次線上研討會 ECCT-LCI 蘇冬蘭總監主持,接著由台電綜合研究所所長鍾年勉博士致詞拉開序幕,低碳倡儀行動指導委員王秀雲致歡迎詞,及經濟部能源局副局長李君禮介紹台灣的氫能發展政策與展望。之後由 4 位法國、英國及日本專家講述「氫管理:能源轉型核心」、「歐盟市場制定綠氫政策參考」及「氨燃料混燒技術」議題。

德國萊因大中華區工業服務及資訊安全事業群能源環保處總經理高鴻鈞壓軸分享「氫氣製造、輸送及儲存的製程安全解決方案」及在歐洲、德國及大中華區的成功實務經驗。

氫能產業錬事故及危害

首先以國際市場推動地球淨零碳排 (Net Zero) 目標,簡介氫能產業鏈的綠能發電、產氫、儲氫、運氫、輸氫及應用的全生命週期活動、策略及相關技術服務。在氫能產業鏈的生產製程安全上,舉例說明近年全球在製氫、運氫、加氫站及氫氣應用階段的火災爆炸事故,提醒業界在蓬勃發展氫能產業鏈的同時,並需關注氫氣的特性及各種危害、包括對氫系統的洩漏和滲透、與燃燒/壓力/溫度有關的危險因素、氫腐蝕和氫脆問題、生理危害等問題。氫如水一樣,能載舟,亦能覆舟。

更重要的是,我國勞動部職安法令規定氫氣屬於危險物的可燃性氣體類;若傳統製氫工廠屬於我國「危險性工作場所審查及檢查辦法」的甲類或丙類危險性工作場所,或達到「製程安全評估定期實施辦法」條件,則須實施製程安全管理 (PSM),針對PSM的14個單元必須著重在重大事故危害(MAH)、實施動態製程風險管理、識別並確保硬體/人為保護層的有效性、聚焦在關鍵設備完整性、涵蓋全生命週期階段等重點工作。

氫能產業鏈 vs. 製程安全

製氫階段,TÜV萊因近年在中國大陸完成 Air Liqude 的8座製氫工廠11套氫氣及1套氨氣生產裝置的Hazop評估、LOPA保護層分析及安全儀表系統SIL驗證,控制了製程安全的保護層動態風險。在台灣的一座氫氣工場的氫氣純化裝置(PSA),針對API 571的67種損壞機制中的氫脆、氫應力腐蝕開裂甚至是高溫氫攻擊,TÜV萊因運用專業技術及全定量評估軟體完成了API 510/570/580 基於風險檢驗 (RBI)及API 584 完整性操作視窗 (IOW) 的腐蝕控制驗證。針對另一座氫氣工場的氫氣純化裝置 (PSA) 閃燃事故,TÜV萊因採取失誤樹分析 (FTA) 及領結分析法 (Bow-Tie) 檢討保護層失效根本原因及 PSM 單元改善策略。

在歐洲的碳補捉及儲存利用 (CCUS) 方面,一個案例是燃煤電廠的碳補捉製程從煙氣分離出CO2,再與綠氫電力的水電解後氫氣反應,再經過催化反應器合成甲醇或二甲醚 (DME) 作為衍生性替代燃料,達成減碳循環。在這個嶄新技術當中,TÜV萊因執行承壓設備、製程管線及儲槽完整性評估工作,並驗證爆炸環境及防爆電氣設備安全。在綠氫的光電製氫系統方面,德國的光電製氫場及運氫槽車都可採用量化風險評估 (QRA) 來研析氫系統洩漏或失控的危害後果嚴重度及改善方案。

在輸氫階段,氫氣的製程管線及長輸管線都採用 ASME B31.12 標準設計及管理,在台灣TÜV萊因輔導業主針對氫氣長輸管線全生命週期,依據API 1173及ASME B31.8S實施管線安全管理及完整性管理,包括智慧型清管器IP檢測驗證、開挖驗證及洩漏偵測系統驗證等成功經驗。此外,歐洲 GET H2 計劃建立綠氫的跨境長輸管線網路,例如 RWE 公司電解廠的綠氫利用既有的天然氣管網混氫輸送,預估至 2030 年本計畫能夠減少1600 萬噸的 CO 2排放。同樣的綠氫策略,TÜV萊因協助德國的天然氣城市管網混氫輸送的5個階段安全驗證計畫,驗證混氫比從 10% 增加至 20% 的長輸管線變更風險及適用性評估工作。

進入加氫站階段,除了依據 ISO 19880系列標準設計規劃之外,還需考量站址選擇、加氫站等級、製程危害識別及風險評估、危險區域劃分、安全距離識別、設備配置合理性、建築物耐火等級等因素,並確認氫氣輸送及儲存系統、加氫站內製氫系統、氫氣壓縮機、加氫機等的設備完整性維護,包括壓力設備安全洩壓裝置、氫洩漏與氫火焰警報系統、防爆電氣設備、數據擷取及監控系統的功能安全及資訊安全、緊急關斷系統及消防設施等。除了上述硬體保護層之外,還須兼顧加氫站的人員能力、操作運轉管理、變更管理、緊急應變計畫等,才能建立製程安全文化。

在氫能產業鏈下游的應用階段,除了燃料電池及儲能系統的產品測試認證之外,高鴻鈞聚焦在燃料電池製造生產線的製程安全。TÜV萊因在中國大陸與數家鋰電池及電動車國際製造大廠攜手完成資產完整性管理輔導專案之外,目前已進一步與燃料電池國際標竿企業共同努力生產線全生命週期的資產完整性提升計畫。

高鴻鈞用綠氫的碳足跡認證總結氫能產業鏈的減碳成效實務做法,與業界共同期許推動減碳及綠氫的決心,攜手邁向安全及永續的發展。

德國萊因是國際知名獨立驗證機構,在氫能產業鏈的綠能發電、產氫、儲氫、運氫、輸氫及應用的全生命週期提供各類產品、設備、管理系統的測試、檢驗、驗證、技術諮詢、培訓及標準制訂服務。此外,德國萊因也是歐洲潔淨氫聯盟(ECHA)、歐洲天然氣和生質氣汽車協會 (NGVA)、中國氫能聯盟、美國化工製程安全中心 (CCPS)、美國石油學會API-U訓練中心等國際組織成員。