燃料電池標準發展現狀分析與建議

／機械工業北京電工技術經濟研究所 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。習近平主席在第七十五屆聯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年前實現碳中和”。為實現這一偉大目標，大力發展燃料電池技術將是重要的措施之一。

可再生能源作為替代能源大規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，可通過燃料電池產生電能和熱能，其具有能量轉化效率較高，獲取來源途徑多等優點。通過可再生能源進行大規模制備“可再生氫”[2]，再通過氫氣的橋接作用，能夠實現由化石能源順利過渡到可再生能源的持續循環，從而催生可持續發展的氫能經濟。因此，燃料電池產業化發展將是未來能源變革的重要工作任務。

產業發展，標準先行。我國燃料電池技術水平與先進國家相比，還存在一定的差距。在燃料電池產業發展初期，及時開展燃料電池標準推進工作，有利于引領全行業統一，對產業發展宏觀布局，避免產業發展失衡，從而對燃料電池技術進步和產業發展提供強有力技術支撐。

二、標準現狀

我國于2008年，經國家標準化管理委員會正式批復成立全國燃料電池及液流電池標準化技術委員會（編號：SAC/TC 342），由機械工業北京電工技術經濟研究所作為秘書處承擔單位，負責開展國內燃料電池及液流電池領域（燃料電池標準范圍見圖1）的標準化工作。標準架構包含燃料電池發電系統、燃料電池模塊、電池堆、單電池及其關鍵零部件，以及保障燃料電池發電系統正常運行的輔助系統。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，其中燃料電池領域國家標準41項、液流電池領域國家標準4項（見圖1）。

圖1 燃料電池發電系統框圖

根據燃料電池應用領域分類，標準體系可以分為：

1）基礎通用標準，包括術語、模塊等標準；

2）能源應用標準，分為電力應用、通信應用、工業應用、物流應用；

3）交通應用標準，分為車輛應用；船舶應用、火車應用、飛行器應用；

4）便攜式應用/微型應用標準。

根據燃料電池應用場景的不同，按照產品屬性分類在國家標準或行業標準層級制定包括：

1）產品安全性標準；

2）產品性能要求標準；

3）產品耐久性/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業的快速發展，標準制定逐漸開始服務產業的發展。交通領域中，為配套燃料電池汽車的發展，標委會完成GB/T 33979—2017《質子交換膜燃料電池發電系統低溫特性測試方法》[3]、GB/T 38914—2020《車用質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。能源領域中，結合燃料電池在通信基站中的應用，組織完成GB/T 31036—2014《質子交換膜燃料電池備用電源系統：安全》[5]國家標準的制定；為推動質子交換膜燃料電池在電力系統變電站領域的應用，完成GB/T 36544—2018《變電站用質子交換膜燃料電池供電系統》[6]。便攜式及微型燃料電池領域中，標委會緊跟市場發展，針對已有少量市場規模，但是缺少標準指導的領域（如無人機領域），及時組織開展GB/T 38954—2020《無人機用氫燃料電池發電系統》[7]國家標準的制定。

在國際上，負責燃料電池領域標準研制的是IEC/TC105（國際電工委燃料電池技術委員會）。由法國的Mr.Laurent Antoni擔任主席，德國的Mr.David Urmann作為秘書?，F有P成員國19個，O成員國13個。截止至2021年底，IEC/TC105下設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發布現行燃料電池國際標準22項，我國已轉化 16 項，占總數的 73%。

根據圖3與圖4可知，目前SAC/TC 342與IEC/TC105相比，SAC/TC 342現有標準制定的基礎、關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、關鍵材料和零部件等因素有關。而IEC/TC105國際標準以燃料電池發電系統應用出發，基礎通用標準僅制定有4項。

圖3 SAC/TC342國家標準領域分布

圖4 IEC/TC105國家標準領域分布

三、問題分析

結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）標準體系待優化

我國燃料電池技術起步較晚，與美國、日本、歐洲等先進國家和地區相關技術相比仍有一段差距。燃料電池標委會前期的標準化工作主要著重在電堆、關鍵零部件和材料方面，而國際標準更加著重于不用應用的燃料電池系統方面。伴隨我國深化標準化改革及產業技術進步，燃料電池標準體系仍需要進一步優化調整，應將國內技術研發與國際標準采用相結合互補推動。

（二）重點標準待制定補缺

車用燃料電池產業是一個處于快速發展的新興行業，燃料電池車的發展豐富了新能源汽車市場。財政部等5部委聯合發布的《關于開展燃料電池汽車示范應用的通知》[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統籌用于燃料電池汽車關鍵核心技術產業化，人才引進及團隊建設，以及新車型、新技術的示范應用等……”。政策中明確要求了燃料電池發電系統中質子交換膜等八大關鍵零部件的考核要求，而質子交換膜等關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。目前現行質子交換膜系列國家標準包含GB/T 20042.3—2021《質子交換膜燃料電池 第3部分：質子交換膜測試方法》[9]等7部分，膜電極、雙極板等國家標準均已開展修訂工作。為規范燃料電池行業技術，給相關示范應用提供統一的測試方法，為燃料電池制造商的內部生產、經營和質量檢驗提供強有力的依據和評價，也將為燃料電池制造商、燃料電池用戶、相關檢驗部門和廣大消費者提供良好的質量依據。對推動國內燃料電池技術的發展起到重要的引導作用，對提高國家的核心競爭力及新能源產業的發展具有推動作用。

（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，與傳統電池不同，屬于發電裝置，具有安全、高效率、無污染等特點。近年來廣泛應用于車輛、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展。目前燃料電池在汽車整車領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、環衛車、混凝土攪拌車、工程車、應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應用重要場景，具有廣闊的市場前景。隨著燃料電池技術的發展，各技術領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容的交叉。各領域對產品在術語、技術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協調、融合將是標準工作的任務之一。

四、未來展望與建議

隨著近兩年燃料電池產業的快速發展，標準制定緊密圍繞產業的發展，為燃料電池在各領域標準中技術要求協調統一。根據燃料電池產業化發展動態，給出建議如下。

（一）完善標準體系建設

為圍繞培育和發展我國新能源、新能源汽車產業，強化燃料電池標準化的頂層設計和工作統籌，科學建設燃料電池標準體系，有力支撐燃料電池技術發展，促進燃料電池應用產業化進程。順應我國國家深化標準化改革進程，建立國家標準、行業標準、團體標準相協調的燃料電池新型標準體系。以國家新能源、新能源汽車發展政策以及地區政府對氫能及燃料電池的產業政策為導向，結合燃料電池及上下游產業發展進程和技術特點，重點補充制定重點領域燃料電池系統標準，修訂關鍵零部件及材料的燃料電池標準，并在開展標準體系建設過程中培養一支優秀的標準化人才隊伍。

（二）加快新興領域標準制修訂

（1）重卡應用領域

財政部等5部委聯合發布《關于開展燃料電池汽車示范應用的通知》（財建〔2020〕394號（以下簡稱《通知》）?！锻ㄖ分袕娬{，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域的產業化應用，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域最快實現產業化的突破，配套燃料電池重卡的大功率燃料電池發電系統、車用模塊、車用電堆等標準的制定將會是未來的發展方向。而配套的GB/T 20042質子交換膜系列標準修訂也將是重點開展的工作任務之一。

（2）能源應用領域

2021 年國家能源局發布《2021年能源行業標準計劃立項指南》，同年科技部發布《國家重點研發計劃“氫能技術”等“十四五”重點專項2021年度項目申報指南》，均提及了能源領域燃料電池技術及標準化的研制。而伴隨我國“雙碳”任務的開展，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展。

（3）軌道車輛應用領域

目前燃料電池已經在軌道交通領域實現了商業落地，國外西門子等公司已經預研了多款有軌車輛，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，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已建立聯合工作組開展鐵路車輛燃料電池發電系統相關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。國內也將隨著產業的快速發展，逐步開展相關國家標準的預研工作。

（4）船舶應用標準

船舶用燃料電池技術目前還處于研發階段，美國、日本、歐盟等國家和地區多個大型船運或者商用企業在氫燃料電池船舶上進行了研發投入，啟動了多個運營良好的案例。國內的燃料電池船舶研究起步較晚，其中大連海事大學建造的“蠡湖”號及中國科學院大連化學物理研究所技術研制的“嘉鴻01”燃料電池船均已試航成功。未來在政策的扶持下，船用燃料電池系統走向大規模商業化的技術與成本問題將隨著技術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。為通過標準引領技術發展，船舶用燃料電池也將會是未來的重點發展方向。

（三）加強標準橫向合作

燃料電池產業鏈長，復雜度高，涉及相關的標準化技術委員會比較多。其中燃料電池標委會作為與燃料電池產業直接相關的標準化技術委員會，主要負責燃料電池發電系統范圍內的標準制定工作，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業發展需求的。其中涉及到上游燃料如氫氣、天然氣等，下游的應用如汽車、備用電源、軌道車輛、船舶等以及配套設施如輸氫管道、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，協調難度大。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參與同一項標準的制修訂。通過建立多行業標準化機構協調、頂層設計、廣泛參與、協同攻關、標準成套的綜合標準化模式，統一規范技術標準，充分發揮標準引領產業發展的作用。

（四）加快國際標準化轉化及中國標準國際化

2021年末，中共中央、國務院發布《國家標準化發展綱要》[10]，其中《綱要》要求大力實施標準國際化戰略，助力提升我國標準的整體質量。建立國際與國內標準項目同步發展的工作機制，提升國際國內標準一致性水平，積極推動國內專家參與國際標準化活動。對已有成熟的國際標準，應積極采標。借鑒國際成熟經驗，提高產品的整體水平。建立政府引導、企業主體、產學研聯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。