／機械工業(yè)北京電工技術(shù)經(jīng)濟研究所 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所趨。習(xí)近平主席在第七十五屆聯(lián)合國大會一般性辯論上的講話中表示：“中國將提高國家自主貢獻力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和”。為實現(xiàn)這一偉大目標，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、波動性與隨機性等不足[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。通過可再生能源進行大規(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。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，標準先行。我國燃料電池技術(shù)水平與先進國家相比，還存在一定的差距。在燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展初期，及時開展燃料電池標準推進工作，有利于引領(lǐng)全行業(yè)統(tǒng)一，對產(chǎn)業(yè)發(fā)展宏觀布局，避免產(chǎn)業(yè)發(fā)展失衡，從而對燃料電池技術(shù)進步和產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供強有力技術(shù)支撐。

二、標準現(xiàn)狀

我國于2008年，經(jīng)國家標準化管理委員會正式批復(fù)成立全國燃料電池及液流電池標準化技術(shù)委員會（編號：SAC/TC 342），由機械工業(yè)北京電工技術(shù)經(jīng)濟研究所作為秘書處承擔單位，負責開展國內(nèi)燃料電池及液流電池領(lǐng)域（燃料電池標準范圍見圖1）的標準化工作。標準架構(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委會歸口國家標準共計45項，其中燃料電池領(lǐng)域國家標準41項、液流電池領(lǐng)域國家標準4項（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，標準體系可以分為：

1）基礎(chǔ)通用標準，包括術(shù)語、模塊等標準；

2）能源應(yīng)用標準，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)用標準，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)用標準。

根據(jù)燃料電池應(yīng)用場景的不同，按照產(chǎn)品屬性分類在國家標準或行業(yè)標準層級制定包括：

1）產(chǎn)品安全性標準；

2）產(chǎn)品性能要求標準；

3）產(chǎn)品耐久性/壽命標準；

4）電池堆標準；

5）催化劑標準；

6）膜電極標準；

7）雙極板標準；

8）其他關(guān)鍵部件或材料標準。

燃料電池標準體系框圖見圖2。

圖2 標準體系框圖

隨著近兩年燃料電池產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，標準制定逐漸開始服務(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，標委會完成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價方法》[4]等低溫、車用模塊、車用電堆標準的制定。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]國家標準的制定；為推動質(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，標委會緊跟市場發(fā)展，針對已有少量市場規(guī)模，但是缺少標準指導(dǎo)的領(lǐng)域（如無人機領(lǐng)域），及時組織開展GB/T 38954—2020《無人機用氫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)》[7]國家標準的制定。

在國際上，負責燃料電池領(lǐng)域標準研制的是IEC/TC105（國際電工委燃料電池技術(shù)委員會）。由法國的Mr.Laurent Antoni擔任主席，德國的Mr.David Urmann作為秘書。現(xiàn)有P成員國19個，O成員國13個。截止至2021年底，IEC/TC105下設(shè)39個WG/AG/JWG/AHG及MT，當前燃料電池在研國際標準16項。截至2021年12月，TC105發(fā)布現(xiàn)行燃料電池國際標準22項，我國已轉(zhuǎn)化 16 項，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)有標準制定的基礎(chǔ)、關(guān)鍵零部件標準占比較大，其原因是我國燃料電池標委會成立前期，燃料電池處于實驗室研究階段，標準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國際標準以燃料電池發(fā)電系統(tǒng)應(yīng)用出發(fā)，基礎(chǔ)通用標準僅制定有4項。

圖3 SAC/TC342國家標準領(lǐng)域分布

圖4 IEC/TC105國家標準領(lǐng)域分布

三、問題分析

結(jié)合我國燃料電池標準化情況，分析燃料電池標準化問題如下。

（一）標準體系待優(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。燃料電池標委會前期的標準化工作主要著重在電堆、關(guān)鍵零部件和材料方面，而國際標準更加著重于不用應(yīng)用的燃料電池系統(tǒng)方面。伴隨我國深化標準化改革及產(chǎn)業(yè)技術(shù)進步，燃料電池標準體系仍需要進一步優(yōu)化調(diào)整，應(yīng)將國內(nèi)技術(shù)研發(fā)與國際標準采用相結(jié)合互補推動。

（二）重點標準待制定補缺

車用燃料電池產(chǎn)業(yè)是一個處于快速發(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。財政部等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]（財建〔2020〕394號），通知中要求“示范期暫定為四年。示范期間，五部門將采取“以獎代補”方式，對入圍示范的城市群按照其目標完成情況給予獎勵。獎勵資金由地方和企業(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，人才引進及團隊建設(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準包含GB/T 20042.3—2021《質(zhì)子交換膜燃料電池 第3部分：質(zhì)子交換膜測試方法》[9]等7部分，膜電極、雙極板等國家標準均已開展修訂工作。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)量檢驗提供強有力的依據(jù)和評價，也將為燃料電池制造商、燃料電池用戶、相關(guān)檢驗部門和廣大消費者提供良好的質(zhì)量依據(jù)。對推動國內(nèi)燃料電池技術(shù)的發(fā)展起到重要的引導(dǎo)作用，對提高國家的核心競爭力及新能源產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有推動作用。

（三）標準化橫向合作需加強

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。近年來廣泛應(yīng)用于車輛、通信基站等示范項目，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)用重要場景，具有廣闊的市場前景。隨著燃料電池技術(shù)的發(fā)展，各技術(shù)領(lǐng)域標委會均已開始布局涉及燃料電池的國家標準計劃研制，其中不可避免造成標準內(nèi)容的交叉。各領(lǐng)域?qū)Ξa(chǎn)品在術(shù)語、技術(shù)指標等方面均會有不同的要求，可能造成用戶在使用標準中的混亂。而組織標準的橫向合作與技術(shù)協(xié)調(diào)、融合將是標準工作的任務(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，標準制定緊密圍繞產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為燃料電池在各領(lǐng)域標準中技術(shù)要求協(xié)調(diào)統(tǒng)一。根據(jù)燃料電池產(chǎn)業(yè)化發(fā)展動態(tài)，給出建議如下。

（一）完善標準體系建設(shè)

為圍繞培育和發(fā)展我國新能源、新能源汽車產(chǎn)業(yè)，強化燃料電池標準化的頂層設(shè)計和工作統(tǒng)籌，科學(xué)建設(shè)燃料電池標準體系，有力支撐燃料電池技術(shù)發(fā)展，促進燃料電池應(yīng)用產(chǎn)業(yè)化進程。順應(yīng)我國國家深化標準化改革進程，建立國家標準、行業(yè)標準、團體標準相協(xié)調(diào)的燃料電池新型標準體系。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)展進程和技術(shù)特點，重點補充制定重點領(lǐng)域燃料電池系統(tǒng)標準，修訂關(guān)鍵零部件及材料的燃料電池標準，并在開展標準體系建設(shè)過程中培養(yǎng)一支優(yōu)秀的標準化人才隊伍。

（二）加快新興領(lǐng)域標準制修訂

（1）重卡應(yīng)用領(lǐng)域

財政部等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》（財建〔2020〕394號（以下簡稱《通知》）。《通知》中強調(diào)，本次將采取“以獎代補”的方式，重點推動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、車用電堆等標準的制定將會是未來的發(fā)展方向。而配套的GB/T 20042質(zhì)子交換膜系列標準修訂也將是重點開展的工作任務(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)標準計劃立項指南》，同年科技部發(fā)布《國家重點研發(fā)計劃“氫能技術(shù)”等“十四五”重點專項2021年度項目申報指南》，均提及了能源領(lǐng)域燃料電池技術(shù)及標準化的研制。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準化將會迎來新的發(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速140公里燃料電池動力列車已在德國運行。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/超級電容混合動力100%低地板有軌電車項目、中車大同錦白鐵路燃料電池混合動力機車線路等。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)三項國際標準的研制，其中性能試驗方法標準由中國牽頭開展。國內(nèi)也將隨著產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，逐步開展相關(guān)國家標準的預(yù)研工作。

（4）船舶應(yīng)用標準

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)多個大型船運或者商用企業(yè)在氫燃料電池船舶上進行了研發(fā)投入，啟動了多個運營良好的案例。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)不斷的革新進步逐步得到解決，船舶用燃料電池市場將迎來新風向。為通過標準引領(lǐng)技術(shù)發(fā)展，船舶用燃料電池也將會是未來的重點發(fā)展方向。

（三）加強標準橫向合作

燃料電池產(chǎn)業(yè)鏈長，復(fù)雜度高，涉及相關(guān)的標準化技術(shù)委員會比較多。其中燃料電池標委會作為與燃料電池產(chǎn)業(yè)直接相關(guān)的標準化技術(shù)委員會，主要負責燃料電池發(fā)電系統(tǒng)范圍內(nèi)的標準制定工作，但僅靠燃料電池標委會制定出的標準是遠遠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，從單個標委會的角度出發(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主導(dǎo)參與同一項標準的制修訂。通過建立多行業(yè)標準化機構(gòu)協(xié)調(diào)、頂層設(shè)計、廣泛參與、協(xié)同攻關(guān)、標準成套的綜合標準化模式，統(tǒng)一規(guī)范技術(shù)標準，充分發(fā)揮標準引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的作用。

（四）加快國際標準化轉(zhuǎn)化及中國標準國際化

2021年末，中共中央、國務(wù)院發(fā)布《國家標準化發(fā)展綱要》[10]，其中《綱要》要求大力實施標準國際化戰(zhàn)略，助力提升我國標準的整體質(zhì)量。建立國際與國內(nèi)標準項目同步發(fā)展的工作機制，提升國際國內(nèi)標準一致性水平，積極推動國內(nèi)專家參與國際標準化活動。對已有成熟的國際標準，應(yīng)積極采標。借鑒國際成熟經(jīng)驗，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)動的國際標準化工作機制，推進中國標準與國際標準體系兼容。