燃料電池標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展現(xiàn)狀分析與建議

／機(jī)械工業(yè)北京電工技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所 刁力鵬／

一、概述

由于能源需求的日益增長，化石燃料的消耗與CO2排放總量快速上升，“清潔、低碳、安全、高效”的能源變革已是大勢(shì)所趨。習(xí)近平主席在第七十五屆聯(lián)合國大會(huì)一般性辯論上的講話中表示：“中國將提高國家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，努力爭(zhēng)取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”。為實(shí)現(xiàn)這一偉大目標(biāo)，大力發(fā)展燃料電池技術(shù)將是重要的措施之一。

可再生能源作為替代能源大規(guī)模使用受限于地域分布不均，以及其固有的間歇性、波動(dòng)性與隨機(jī)性等不足[1]。而氫能則是一種潔凈的二次能源載體，可通過燃料電池產(chǎn)生電能和熱能，其具有能量轉(zhuǎn)化效率較高，獲取來源途徑多等優(yōu)點(diǎn)。通過可再生能源進(jìn)行大規(guī)模制備“可再生氫”[2]，再通過氫氣的橋接作用，能夠?qū)崿F(xiàn)由化石能源順利過渡到可再生能源的持續(xù)循環(huán)，從而催生可持續(xù)發(fā)展的氫能經(jīng)濟(jì)。因此，燃料電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展將是未來能源變革的重要工作任務(wù)。

產(chǎn)業(yè)發(fā)展，標(biāo)準(zhǔn)先行。我國燃料電池技術(shù)水平與先進(jìn)國家相比，還存在一定的差距。在燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期，及時(shí)開展燃料電池標(biāo)準(zhǔn)推進(jìn)工作，有利于引領(lǐng)全行業(yè)統(tǒng)一，對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展宏觀布局，避免產(chǎn)業(yè)發(fā)展失衡，從而對(duì)燃料電池技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供強(qiáng)有力技術(shù)支撐。

二、標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

我國于2008年，經(jīng)國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)正式批復(fù)成立全國燃料電池及液流電池標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)（編號(hào)：SAC/TC 342），由機(jī)械工業(yè)北京電工技術(shù)經(jīng)濟(jì)研究所作為秘書處承擔(dān)單位，負(fù)責(zé)開展國內(nèi)燃料電池及液流電池領(lǐng)域（燃料電池標(biāo)準(zhǔn)范圍見圖1）的標(biāo)準(zhǔn)化工作。標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)包含燃料電池發(fā)電系統(tǒng)、燃料電池模塊、電池堆、單電池及其關(guān)鍵零部件，以及保障燃料電池發(fā)電系統(tǒng)正常運(yùn)行的輔助系統(tǒng)。截止至2021年12月，全國燃料電池及液流電池標(biāo)委會(huì)歸口國家標(biāo)準(zhǔn)共計(jì)45項(xiàng)，其中燃料電池領(lǐng)域國家標(biāo)準(zhǔn)41項(xiàng)、液流電池領(lǐng)域國家標(biāo)準(zhǔn)4項(xiàng)（見圖1）。

圖1 燃料電池發(fā)電系統(tǒng)框圖

根據(jù)燃料電池應(yīng)用領(lǐng)域分類，標(biāo)準(zhǔn)體系可以分為：

1）基礎(chǔ)通用標(biāo)準(zhǔn)，包括術(shù)語、模塊等標(biāo)準(zhǔn)；

2）能源應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，分為電力應(yīng)用、通信應(yīng)用、工業(yè)應(yīng)用、物流應(yīng)用；

3）交通應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，分為車輛應(yīng)用；船舶應(yīng)用、火車應(yīng)用、飛行器應(yīng)用；

4）便攜式應(yīng)用/微型應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)燃料電池應(yīng)用場(chǎng)景的不同，按照產(chǎn)品屬性分類在國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)層級(jí)制定包括：

1）產(chǎn)品安全性標(biāo)準(zhǔn)；

2）產(chǎn)品性能要求標(biāo)準(zhǔn)；

3）產(chǎn)品耐久性/壽命標(biāo)準(zhǔn)；

4）電池堆標(biāo)準(zhǔn)；

5）催化劑標(biāo)準(zhǔn)；

6）膜電極標(biāo)準(zhǔn)；

7）雙極板標(biāo)準(zhǔn)；

8）其他關(guān)鍵部件或材料標(biāo)準(zhǔn)。

燃料電池標(biāo)準(zhǔn)體系框圖見圖2。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)體系框圖

隨著近兩年燃料電池產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，標(biāo)準(zhǔn)制定逐漸開始服務(wù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。交通領(lǐng)域中，為配套燃料電池汽車的發(fā)展，標(biāo)委會(huì)完成GB/T 33979—2017《質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)電系統(tǒng)低溫特性測(cè)試方法》[3]、GB/T 38914—2020《車用質(zhì)子交換膜燃料電池堆使用壽命評(píng)價(jià)方法》[4]等低溫、車用模塊、車用電堆標(biāo)準(zhǔn)的制定。能源領(lǐng)域中，結(jié)合燃料電池在通信基站中的應(yīng)用，組織完成GB/T 31036—2014《質(zhì)子交換膜燃料電池備用電源系統(tǒng)：安全》[5]國家標(biāo)準(zhǔn)的制定；為推動(dòng)質(zhì)子交換膜燃料電池在電力系統(tǒng)變電站領(lǐng)域的應(yīng)用，完成GB/T 36544—2018《變電站用質(zhì)子交換膜燃料電池供電系統(tǒng)》[6]。便攜式及微型燃料電池領(lǐng)域中，標(biāo)委會(huì)緊跟市場(chǎng)發(fā)展，針對(duì)已有少量市場(chǎng)規(guī)模，但是缺少標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)的領(lǐng)域（如無人機(jī)領(lǐng)域），及時(shí)組織開展GB/T 38954—2020《無人機(jī)用氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)》[7]國家標(biāo)準(zhǔn)的制定。

在國際上，負(fù)責(zé)燃料電池領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)研制的是IEC/TC105（國際電工委燃料電池技術(shù)委員會(huì)）。由法國的Mr.Laurent Antoni擔(dān)任主席，德國的Mr.David Urmann作為秘書?，F(xiàn)有P成員國19個(gè)，O成員國13個(gè)。截止至2021年底，IEC/TC105下設(shè)39個(gè)WG/AG/JWG/AHG及MT，當(dāng)前燃料電池在研國際標(biāo)準(zhǔn)16項(xiàng)。截至2021年12月，TC105發(fā)布現(xiàn)行燃料電池國際標(biāo)準(zhǔn)22項(xiàng)，我國已轉(zhuǎn)化 16 項(xiàng)，占總數(shù)的 73%。

根據(jù)圖3與圖4可知，目前SAC/TC 342與IEC/TC105相比，SAC/TC 342現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)制定的基礎(chǔ)、關(guān)鍵零部件標(biāo)準(zhǔn)占比較大，其原因是我國燃料電池標(biāo)委會(huì)成立前期，燃料電池處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，標(biāo)準(zhǔn)的制定主要集中在基礎(chǔ)、關(guān)鍵材料和零部件等因素有關(guān)。而IEC/TC105國際標(biāo)準(zhǔn)以燃料電池發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用出發(fā)，基礎(chǔ)通用標(biāo)準(zhǔn)僅制定有4項(xiàng)。

圖3 SAC/TC342國家標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域分布

圖4 IEC/TC105國家標(biāo)準(zhǔn)領(lǐng)域分布

三、問題分析

結(jié)合我國燃料電池標(biāo)準(zhǔn)化情況，分析燃料電池標(biāo)準(zhǔn)化問題如下。

（一）標(biāo)準(zhǔn)體系待優(yōu)化

我國燃料電池技術(shù)起步較晚，與美國、日本、歐洲等先進(jìn)國家和地區(qū)相關(guān)技術(shù)相比仍有一段差距。燃料電池標(biāo)委會(huì)前期的標(biāo)準(zhǔn)化工作主要著重在電堆、關(guān)鍵零部件和材料方面，而國際標(biāo)準(zhǔn)更加著重于不用應(yīng)用的燃料電池系統(tǒng)方面。伴隨我國深化標(biāo)準(zhǔn)化改革及產(chǎn)業(yè)技術(shù)進(jìn)步，燃料電池標(biāo)準(zhǔn)體系仍需要進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)整，應(yīng)將國內(nèi)技術(shù)研發(fā)與國際標(biāo)準(zhǔn)采用相結(jié)合互補(bǔ)推動(dòng)。

（二）重點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)待制定補(bǔ)缺

車用燃料電池產(chǎn)業(yè)是一個(gè)處于快速發(fā)展的新興行業(yè)，燃料電池車的發(fā)展豐富了新能源汽車市場(chǎng)。財(cái)政部等5部委聯(lián)合發(fā)布的《關(guān)于開展燃料電池汽車示范應(yīng)用的通知》[8]（財(cái)建〔2020〕394號(hào)），通知中要求“示范期暫定為四年。示范期間，五部門將采取“以獎(jiǎng)代補(bǔ)”方式，對(duì)入圍示范的城市群按照其目標(biāo)完成情況給予獎(jiǎng)勵(lì)。獎(jiǎng)勵(lì)資金由地方和企業(yè)統(tǒng)籌用于燃料電池汽車關(guān)鍵核心技術(shù)產(chǎn)業(yè)化，人才引進(jìn)及團(tuán)隊(duì)建設(shè)，以及新車型、新技術(shù)的示范應(yīng)用等……”。政策中明確要求了燃料電池發(fā)電系統(tǒng)中質(zhì)子交換膜等八大關(guān)鍵零部件的考核要求，而質(zhì)子交換膜等關(guān)鍵零部件作為燃料電池“核芯”將直接影響燃料電池整體性能。目前現(xiàn)行質(zhì)子交換膜系列國家標(biāo)準(zhǔn)包含GB/T 20042.3—2021《質(zhì)子交換膜燃料電池 第3部分：質(zhì)子交換膜測(cè)試方法》[9]等7部分，膜電極、雙極板等國家標(biāo)準(zhǔn)均已開展修訂工作。為規(guī)范燃料電池行業(yè)技術(shù)，給相關(guān)示范應(yīng)用提供統(tǒng)一的測(cè)試方法，為燃料電池制造商的內(nèi)部生產(chǎn)、經(jīng)營和質(zhì)量檢驗(yàn)提供強(qiáng)有力的依據(jù)和評(píng)價(jià)，也將為燃料電池制造商、燃料電池用戶、相關(guān)檢驗(yàn)部門和廣大消費(fèi)者提供良好的質(zhì)量依據(jù)。對(duì)推動(dòng)國內(nèi)燃料電池技術(shù)的發(fā)展起到重要的引導(dǎo)作用，對(duì)提高國家的核心競(jìng)爭(zhēng)力及新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有推動(dòng)作用。

（三）標(biāo)準(zhǔn)化橫向合作需加強(qiáng)

燃料電池作為新型清潔能源之一，與傳統(tǒng)電池不同，屬于發(fā)電裝置，具有安全、高效率、無污染等特點(diǎn)。近年來廣泛應(yīng)用于車輛、通信基站等示范項(xiàng)目，其中車用燃料電池的推廣加速了燃料電池的快速發(fā)展。目前燃料電池在汽車整車領(lǐng)域主要集中在公交車和物流車兩大類示范運(yùn)營。未來還將拓展到冷鏈車、環(huán)衛(wèi)車、混凝土攪拌車、工程車、應(yīng)急電源車以及特種車等車輛。船舶、軌道車輛也將成為燃料電池技術(shù)應(yīng)用重要場(chǎng)景，具有廣闊的市場(chǎng)前景。隨著燃料電池技術(shù)的發(fā)展，各技術(shù)領(lǐng)域標(biāo)委會(huì)均已開始布局涉及燃料電池的國家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃研制，其中不可避免造成標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容的交叉。各領(lǐng)域?qū)Ξa(chǎn)品在術(shù)語、技術(shù)指標(biāo)等方面均會(huì)有不同的要求，可能造成用戶在使用標(biāo)準(zhǔn)中的混亂。而組織標(biāo)準(zhǔn)的橫向合作與技術(shù)協(xié)調(diào)、融合將是標(biāo)準(zhǔn)工作的任務(wù)之一。

四、未來展望與建議

隨著近兩年燃料電池產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，標(biāo)準(zhǔn)制定緊密圍繞產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為燃料電池在各領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)中技術(shù)要求協(xié)調(diào)統(tǒng)一。根據(jù)燃料電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展動(dòng)態(tài)，給出建議如下。

（一）完善標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)

為圍繞培育和發(fā)展我國新能源、新能源汽車產(chǎn)業(yè)，強(qiáng)化燃料電池標(biāo)準(zhǔn)化的頂層設(shè)計(jì)和工作統(tǒng)籌，科學(xué)建設(shè)燃料電池標(biāo)準(zhǔn)體系，有力支撐燃料電池技術(shù)發(fā)展，促進(jìn)燃料電池應(yīng)用產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。順應(yīng)我國國家深化標(biāo)準(zhǔn)化改革進(jìn)程，建立國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)相協(xié)調(diào)的燃料電池新型標(biāo)準(zhǔn)體系。以國家新能源、新能源汽車發(fā)展政策以及地區(qū)政府對(duì)氫能及燃料電池的產(chǎn)業(yè)政策為導(dǎo)向，結(jié)合燃料電池及上下游產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)程和技術(shù)特點(diǎn)，重點(diǎn)補(bǔ)充制定重點(diǎn)領(lǐng)域燃料電池系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，修訂關(guān)鍵零部件及材料的燃料電池標(biāo)準(zhǔn)，并在開展標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)過程中培養(yǎng)一支優(yōu)秀的標(biāo)準(zhǔn)化人才隊(duì)伍。

（二）加快新興領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)制修訂

（1）重卡應(yīng)用領(lǐng)域

財(cái)政部等5部委聯(lián)合發(fā)布《關(guān)于開展燃料電池汽車示范應(yīng)用的通知》（財(cái)建〔2020〕394號(hào)（以下簡(jiǎn)稱《通知》）?！锻ㄖ分袕?qiáng)調(diào)，本次將采取“以獎(jiǎng)代補(bǔ)”的方式，重點(diǎn)推動(dòng)燃料電池汽車在中重型商用車領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，而通過近些年燃料電池研究，目前燃料電池重卡將是未來燃料電池在車用領(lǐng)域最快實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的突破，配套燃料電池重卡的大功率燃料電池發(fā)電系統(tǒng)、車用模塊、車用電堆等標(biāo)準(zhǔn)的制定將會(huì)是未來的發(fā)展方向。而配套的GB/T 20042質(zhì)子交換膜系列標(biāo)準(zhǔn)修訂也將是重點(diǎn)開展的工作任務(wù)之一。

（2）能源應(yīng)用領(lǐng)域

2021 年國家能源局發(fā)布《2021年能源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃立項(xiàng)指南》，同年科技部發(fā)布《國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“氫能技術(shù)”等“十四五”重點(diǎn)專項(xiàng)2021年度項(xiàng)目申報(bào)指南》，均提及了能源領(lǐng)域燃料電池技術(shù)及標(biāo)準(zhǔn)化的研制。而伴隨我國“雙碳”任務(wù)的開展，可再生能源利用與固定式燃料電池的標(biāo)準(zhǔn)化將會(huì)迎來新的發(fā)展。

（3）軌道車輛應(yīng)用領(lǐng)域

目前燃料電池已經(jīng)在軌道交通領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了商業(yè)落地，國外西門子等公司已經(jīng)預(yù)研了多款有軌車輛，阿爾斯通成功研制時(shí)速140公里燃料電池動(dòng)力列車已在德國運(yùn)行。國內(nèi)，主要示范線路包含中車四方佛山高明氫能源有軌電車線路，中車唐山燃料電池/超級(jí)電容混合動(dòng)力100%低地板有軌電車項(xiàng)目、中車大同錦白鐵路燃料電池混合動(dòng)力機(jī)車線路等。國際上IEC中TC105與T9已建立聯(lián)合工作組開展鐵路車輛燃料電池發(fā)電系統(tǒng)相關(guān)三項(xiàng)國際標(biāo)準(zhǔn)的研制，其中性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)由中國牽頭開展。國內(nèi)也將隨著產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，逐步開展相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)研工作。

（4）船舶應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)

船舶用燃料電池技術(shù)目前還處于研發(fā)階段，美國、日本、歐盟等國家和地區(qū)多個(gè)大型船運(yùn)或者商用企業(yè)在氫燃料電池船舶上進(jìn)行了研發(fā)投入，啟動(dòng)了多個(gè)運(yùn)營良好的案例。國內(nèi)的燃料電池船舶研究起步較晚，其中大連海事大學(xué)建造的“蠡湖”號(hào)及中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所技術(shù)研制的“嘉鴻01”燃料電池船均已試航成功。未來在政策的扶持下，船用燃料電池系統(tǒng)走向大規(guī)模商業(yè)化的技術(shù)與成本問題將隨著技術(shù)不斷的革新進(jìn)步逐步得到解決，船舶用燃料電池市場(chǎng)將迎來新風(fēng)向。為通過標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)技術(shù)發(fā)展，船舶用燃料電池也將會(huì)是未來的重點(diǎn)發(fā)展方向。

（三）加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)橫向合作

燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈長，復(fù)雜度高，涉及相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)比較多。其中燃料電池標(biāo)委會(huì)作為與燃料電池產(chǎn)業(yè)直接相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)，主要負(fù)責(zé)燃料電池發(fā)電系統(tǒng)范圍內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)制定工作，但僅靠燃料電池標(biāo)委會(huì)制定出的標(biāo)準(zhǔn)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求的。其中涉及到上游燃料如氫氣、天然氣等，下游的應(yīng)用如汽車、備用電源、軌道車輛、船舶等以及配套設(shè)施如輸氫管道、加氫站等。尤其是涉及到氫氣、氣瓶等方面，從單個(gè)標(biāo)委會(huì)的角度出發(fā)，協(xié)調(diào)難度大。建議參考國際IEC（國際電工委）的工作模式中，多TC通過雙歸口的形式同時(shí)主導(dǎo)參與同一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的制修訂。通過建立多行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)協(xié)調(diào)、頂層設(shè)計(jì)、廣泛參與、協(xié)同攻關(guān)、標(biāo)準(zhǔn)成套的綜合標(biāo)準(zhǔn)化模式，統(tǒng)一規(guī)范技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，充分發(fā)揮標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的作用。

（四）加快國際標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)化及中國標(biāo)準(zhǔn)國際化

2021年末，中共中央、國務(wù)院發(fā)布《國家標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展綱要》[10]，其中《綱要》要求大力實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)國際化戰(zhàn)略，助力提升我國標(biāo)準(zhǔn)的整體質(zhì)量。建立國際與國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目同步發(fā)展的工作機(jī)制，提升國際國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)一致性水平，積極推動(dòng)國內(nèi)專家參與國際標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng)。對(duì)已有成熟的國際標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)積極采標(biāo)。借鑒國際成熟經(jīng)驗(yàn)，提高產(chǎn)品的整體水平。建立政府引導(dǎo)、企業(yè)主體、產(chǎn)學(xué)研聯(lián)動(dòng)的國際標(biāo)準(zhǔn)化工作機(jī)制，推進(jìn)中國標(biāo)準(zhǔn)與國際標(biāo)準(zhǔn)體系兼容。