3.3.1 风险评价方法
风险评价方法主要分为定性风险评价和量化风险评价[43]。定性风险评价为经验式的风险评估，将专家分析讨论后得到的结果与风险矩阵进行对比，以获得相应的风险等级，可快速确定主要危险源；量化风险评价是对风险的定量评价，可以科学地评价氢能系统或某一具体事故的风险值（个人风险和社会风险），为风险减缓措施提供指导和建议，还可以直接应用到氢安全相关标准的制定，如安全距离的确定，现阶段已成为氢风险评价的主流方法。
3.3.1.1 定性风险评价
首先需要从介质角度来评价氢气。众所周知的1929年兴登堡号氢气飞艇爆炸，使得氢能的发展受到了很大的影响，氢气的安全性能受到很多方面的质疑。通过对兴登堡氢气飞艇事故的研究，发现引起燃烧并造成严重事故的主要原因并不是氢气本身，而是该飞艇采用的齐柏林式的结构，其表面材料和空气摩擦产生静电是最有可能的致因，燃烧的主要成分还是飞艇的表面材料，大部分氢气已经散逸。对比氢气和汽油的性质可以得出，氢气的燃烧热值和燃烧爆炸范围都要比汽油大，但是由于氢气的密度极低，其散逸性能很好，燃烧速率很快，较难发生爆炸事故，可以得出氢气的危险性能比汽油要低。
还需要采用定性评价对高压储氢设备进行风险辨识。从可能发生氢气泄漏以及造成火灾、爆炸事故的原因进行分析，找出设备使用过程中存在的具有危险因素的操作方式和设备本身可能导致储氢设备出现严重事故的缺陷。这其中最关键的是要建立这些高压储氢设备的风险准则。EIHP（欧洲联合氢能项目）建立了针对氢气充装站的快速风险评级方法（rapid risk ranking，RRR）。这一方法可以用来对高压氢气充装站内的固定式高压氢气储运设备进行安全评价，图3-7是其评价流程。通过危险发生可能性分析将风险分为5级，通过后果分析也分为5级，这样形成一个5×5的风险矩阵，危险程度就可以从矩阵中得出（见表3-7，表中H为高风险，M为中等风险，L为低风险）。这一方法的原理基本上与RBI（risk based on inspector）的相同，但是运用到氢气充装站上的设备，特别是用到高压储氢设备中，这类安全评价没有很多经验可循，还需要进行很多工作，如危险发生可能性分析与后果分析都缺少大量的实证数据。
图3-7 RRR风险评价流程
表3-7 风险矩阵
3.3.1.2 量化风险评价
通过定性评价，可以明确这类设备的危险有害因素，但是定性评价受到主观因素的影响，且不能准确地表示危险因素的危害程度与范围。通过一些理论推算和事故模拟等方法可以推测出在这些情况下的危险有害范围和程度，并为风险控制采取手段的强弱提供依据。量化风险评价（quantitative risk assessment，QRA）是对风险的定量评价，可以科学地评价氢能系统或某一具体事故的风险值（个人风险和社会风险），为风险减缓措施提供指导和建议，还可以直接应用于氢安全相关标准的制定，如安全距离的确定，现阶段已成为氢风险评价的主流方法，评价流程如图3-8所示。
图3-8 量化风险评价流程
针对固定式高压储氢容器，浙江大学[44-46]提出了高压储氢罐射流的数值模拟方法，研究了环境温度对高压储氢罐泄漏扩散的影响规律，以及泄漏位置和障碍物对高压氢气泄漏扩散的影响，在此基础上进一步针对加氢站开展了氢气泄漏爆炸事故模拟研究，研究不同环境风速对高压氢气泄漏爆炸事故的影响规律；同济大学课题组[43，47]对加氢站灾难条件下氢气泄漏事故进行了研究，得出了瞬时泄漏和大孔径连续泄漏条件下的有害影响距离值。在上述研究的基础上，研究人员针对我国首座外供氢加氢站上海安亭加氢站进行了安全风险评估，并提出了若干安全改进措施。世博期间为保障世博氢能汽车示范的顺利运营，针对世博加氢站开展了量化风险评价，并扩展进行了风险不确定性分析。
针对车载储氢容器，Venetsanos等[48]模拟研究了压力分别为20MPa、35MPa、70MPa的氢燃料电池汽车，在城市开放街道以及半封闭的隧道内的氢泄漏爆炸过程，对比分析了不同压力、空间阻塞度以及TPRD（定向热泄压装置）失效程度下的事故后果。Pitts等[49]在真实尺寸的双车位住宅车库模型中进行了无车与有车两种情况的氢气泄漏和点燃试验，试验表明：当无车时，泄漏开始阶段氢气浓度随位置升高而增大，呈现浓度梯度，车库顶部浓度最高，泄漏一段时间后，浓度梯度逐渐缩小，直至车库中均匀充满氢气；当有车时，氢气从车库中汽车底部开始泄漏，竖直方向上浓度分散较为均匀，梯度不大，但由于氢气在汽车底部积聚，点燃产生的破坏较无车时更为严重。
针对氢气输送管道，刘延雷等[50]基于有限体积法，建立了管道运输高压氢气及天然气的泄漏扩散模型，考虑到氢气与天然气的管道泄漏事故危险性不同，进行了数值模拟与对比，得出了管道泄漏后氢气与天然气的不同泄漏扩散特性。结果表明：高压氢气的泄漏扩散形成的危险云团较大而且集中；氢气初始的泄漏速度比天然气大得多，与周围环境达到压力平衡所需时间较天然气短；随着扩散时间的增加，氢气危险气体云团扩散最大高度较天然气增加得快；在近地面区氢气泄漏扩散产生的危险后果较天然气小。Wilkening等[51]对比分析了埋地氢气管线与天然气管线发生泄漏事故后泄漏规律的不同，并结合能量的观点，讨论了氢气与天然气泄漏事故中可燃能量与总体化学能比值的差异。赵博鑫等[52]利用DNV PHAST软件对不同程度的管道泄漏和扩散进行模拟分析，通过管道10mm穿孔、管道直径的20%～50%破裂程度对比，确定天然气及氢气管道泄漏后的扩散状态及影响范围，以及发生爆炸及燃烧后对周围的热辐射影响距离。
针对掺氢天然气输送管道，NaturalHy项目[53]研究表明：掺入高达50%的氢后，在使用适当的完整性管理系统时，管道发生故障的概率与仅输送天然气时相比保持不变，然而点火概率会增高。氢的加入会增加靠近管道处的危险程度，但会减少危险区域的范围。GTI[54]基于NaturalHy获得的数据等结果，利用美国地区对配送管道失效的统计数据定量评估了配送管道输送不同比例的掺氢天然气的风险，结果表明，掺氢会使天然气配送管网的整体风险增加，掺入50%氢时，风险增加较小，但掺入超过50%的氢就会使风险显著增加。在IEA报告中针对掺氢天然气进行了风险分析，指出掺入25%氢的混合气体在良好监管情况下不会增加爆炸引起的危险。