上海市氫燃料電池汽車與應用標準化發展研究

文/王 華 裴馮來

自我國提出“雙碳”減排目標之后，各行業都開始研究本行業該如何實現減排目標。汽車行業作為碳排放的主要行業之一，占我國交通領域碳排放的80%以上，占全社會碳排放約7.5%。作為一種清潔、高效、可持續的能源載體，氫能的應用是實現碳中和的一種突破性解決方案，氫燃料電池汽車也將成為未來汽車發展的主要技術路線之一。

2021 年，上海聯合蘇州、南通、嘉興、淄博、鄂爾多斯和靈武等6 個城市，共同組建“1+6”上海城市群，成為首批燃料電池汽車示范應用城市群。隨著氫燃料電池核心關鍵零部件技術的不斷突破、整車推廣的規模化引領、加氫站的超前布局，上海氫燃料電池汽車行業正全面走向商業化和產業化。作為氫燃料電池汽車示范應用城市，上海已將推動建立本市氫燃料電池汽車相關標準體系，為國家氫燃料電池標準化工作貢獻上海智慧，作為下階段新能源汽車標準化工作方向。

一、燃料電池電動汽車國家標準體系現狀

我國現有負責制定氫燃料電池汽車及其相關配套的標準化技術委員會分別是全國汽車標準化技術委員會電動車輛分技術委員會（SAC/TC 114/SC 27）、全國燃料電池及液流電池標準化技術委員會（SAC/ TC 342）、全國氫能標準化技術委員會（SAC/TC 309）和全國氣瓶標準化技術委員會車用高壓燃料氣瓶分技術委員會（SAC/TC 31/SC 8），他們各自負責氫燃料電池細分領域的標準化的工作。

1.燃料電池電動汽車標準體系

分屬于SAC/TC 114/SC 27 的燃料電池電動汽車工作組成立，目前現行有效標準共15 個。由于燃料電池與傳統汽車的技術差異很大，該工作組現階段制定的標準更側重于燃料電池電動汽車、車用系統與部件。

燃料電池電動汽車工作組在2020 年重新構建了燃料電池電動汽車的標準體系，新體系包括基礎通用、整車、關鍵部件、接口與通信和其他等5類標準（見圖1）。

圖1 中國燃料電池電動汽車標準體系圖

2.燃料電池與液流電池標準體系

SAC/ TC 342 與國際電工委員會燃料電池標準化技術委員會（IEC/TC 105）對接，主要負責燃料電池和液流電池技術領域的標準化工作。其標準制定范圍聚焦多類型燃料電池及其部件在更多場景的應用，包括固定式家用氫燃料電池、便攜式燃料電池系統、微型燃料電池系統和非道路用的工業車輛燃料電池系統等，對于汽車行業針對性不強。

3.氫能相關領域標準體系

SAC/TC 309 與國際標準化組織氫能技術委員會（ISO/ TC 197）對接，主要負責我國氫能產業與氫能應用等領域的標準研制工作。其標準內容涵蓋了基礎與管理、氫質量、氫安全、氫制備、氫儲運和加注、氫能應用等領域，相關涉及標準共31 個。

4.車用高壓燃料氣瓶相關標準

SAC/TC 31/SC 8 負責車用壓縮天然氣瓶和車用高壓氫氣瓶等復合材料氣瓶的標準化工作，與氫燃料電池汽車相關的標準是《車用壓縮氫鋁內膽碳纖維全纏繞氣瓶》（GB/T 35544-2017）。

二、我國氫燃料電池汽車及其相關產業現狀引發的思考

隨著我國不斷擴大對氫燃料電池汽車及其相關產業的投入，一些問題正在不斷凸顯，現階段主要存在以下3 個方面問題。

1.示范應用主推車型的標準有待完善

根據中國汽車工程學會發布的《節能與新能源汽車技術路線圖2.0》規劃，到2035 年燃料電池汽車將達到約100 萬輛，并將以客車和城市物流車為切入領域，逐步推廣至載重量大、長距離的中重卡、牽引車、港口拖車和乘用車。財政部、工業和信息化部、科學技術部、國家發展和改革委員會、國家能源局五部委下發的《關于開展燃料電池汽車示范應用的通知》也再次明確了重點推動中遠途和中、重型燃料電池商用車的示范應用。

然而對應中遠途和中、重型燃料電池商用車、客車、城市物流車等車型，現有的國家標準《燃料電池電動汽車術語》（GB/T 24548-2009）和《燃料電池電動汽車安全要求》（GB 24549-2020）等燃料電池汽車整車標準相對來說適用范圍太寬，針對性不強，近期也沒有針對相應車型和對應細分場景的國家標準制定計劃，這將帶來與產業化示范不相匹配的監管方面的不足，無法滿足國家技術發展路線的需求。

2.加氫站的商業和盈利模式亟待探索

在氫能交通應用中，氫燃料電池汽車仍存在技術路線風險，在過去10 年和未來長時間內，鋰電池電動汽車仍然是國家的重點支持方向，保有量超過600 萬輛，鋰電池技術正朝著高能量密度、長續航里程、短充電時間方向發展。如果加氫站無法找到合理的商業盈利模式，加氫站的建設將很難形成規模效應，氫燃料電池汽車將會面臨被動力電池汽車擠壓的風險。為此，近些年，我國不斷加速建設加氫站：2019 年年底，國內建成加氫站約60 座；到2020 年年底，加氫站已有128 座，躍居全球第二；到2021 年9 月，加氫站已有近190 座，同時還有超過100 座加氫站在建中。

雖然，國內加氫站增速和總數位居全球第一，但現階段由于國內高壓加氫技術仍未突破，高壓壓縮機等關鍵部件未形成規模化生產，只能依賴進口，導致加氫站建設成本昂貴，日加注率不足又導致盈利能力嚴重不足；投入和產出不協調，導致社會資本不愿意建設加氫站，只能依靠政府提供資金扶持。

此外，我國建設的加氫站主要按照現有的國家標準建設，以高壓氣態加氫站為主，比較單一。上海在氫能示范運行的不斷推廣下，液氫、油氫/氫電/氫氣混合、在站制氫等其他各種類型的加氫站、制氫加氫一體站將很快投資建設，運營加氫站的商業模式將在不斷探索中找到適合的應用場景，同時需要更多的標準來滿足不同類型加氫站運行的技術要求。

3.不同的制氫技術面臨碳排放問題

根據不同的制備技術和制備過程中環保程度的高低，氫能一般可分為灰氫、藍氫和綠氫。灰氫是指通過煤氣化、天然氣裂解和甲醇重整技術產生的氫氣，生產過程中排放大量的二氧化碳；藍氫是指在灰氫制備過程中經過碳捕捉、利用和封存處理后產生的氫氣；綠氫是指利用可再生能源發電電解水而產生的氫氣，生產過程中僅消耗水與風電、水電或者太陽能等清潔電能。

在現有技術水平和產業規模情況下，綠氫的生產成本高于灰氫、藍氫。灰氫、藍氫的制備卻無法從根本上達到碳達峰碳中和的目標，現有的國家標準只對氫生產提出了制備技術方面的要求，沒有從碳排放上提出更多的評價。未來，隨著我國氫能產業的不斷推廣應用，氫能的使用將呈現幾何級的增長，如果未來在氫氣的制備過程中還是使用排放較大的灰氫制備技術，將使氫能在環保性上蒙上一層“碳灰”。

三、上海氫燃料電池汽車與相關產業標準化發展思路

作為首批氫燃料電池汽車示范應用城市，上海不斷出臺氫燃料電池產業的規劃和扶持政策。2020 年11 月印發的《上海市燃料電池汽車產業創新發展實施計劃》提出，到2023 年，上海氫燃料電池汽車產業發展將實現“百站、千億、萬輛”總體目標，規劃加氫站接近100 座，并建成運行超過30 座，加氫網絡全國最大，形成產出規模約1000 億元，發展規模全國前列，推廣燃料電池汽車接近10000 輛，應用規模全國領先。到2025 年，上海將成為全球燃料電池汽車產業發展高地，建成運行超過70 座加氫站，推廣應用燃料電池汽車達到萬輛級規模以上。2022 年，上海市發展和改革委員會聯合8 委辦共同出臺的《上海市氫能產業發展中長期規劃（2022—2035 年）》提出，要重點圍繞氫能安全、氫能質量和氫能交通等一系列標準，開展相關標準體系的研究。為此，與之相配套的上海氫燃料電池汽車標準化工作也勢必需要加速開展。

1.上海氫燃料電池汽車地方標準現狀

上海市氫燃料電池汽車相關標準由上海市新能源汽車及應用標準化技術委員會負責制修訂，該技術委員會按照“戰略性、前瞻性、科學性、關鍵性、可操作性”原則，圍繞氫燃料電池汽車標準化工作重要內容開展相關標準的研究和制定工作，現已發布1 項、在研2 項標準（見表1）。

表1 上海氫燃料電池汽車及應用相關標準

氫燃料電池汽車在上海推廣還處于示范運行階段，安全要求作為示范運行過程中最關鍵部分，必須放在首位。因此，上海氫燃料電池標準化工作現階段主要圍繞安全開展，覆蓋了從部件、整車到監管3 個方面，而在基礎設施、服務規范、應用場景等方面還處于標準的預備研究的狀態，該標委將在時機成熟后推出相關標準制定計劃。

2.上海氫燃料電池汽車及其相關產業標準化發展方向的設想

本文通過對國內氫燃料電池國家標準現狀和我國氫燃料電池汽車及其相關的技術發展路線的綜合分析研究，下階段上海氫燃料電池汽車標準化將從以下幾方面開展。

①氫燃料電池商用車的技術評價

開展氫燃料電池客車、城市物流車、中遠途與中、重型商用車等車型的技術評價方面的標準制定。這幾類車型相對其他車型如乘用車來說，最能體現氫燃料電池充能速度快、續駛里程長的優勢，也是國家五部委重點推動示范應用。近階段，這幾類車型將在上海投入規模應用。但國內氫燃料電池汽車技術水平參差不齊，比如許多車輛使用的車載高壓氫瓶，仍以35 MPa 碳纖維纏繞III 型瓶為主，而使用70 MPa 氫瓶甚至液氫的車輛就很少。為了提升上海氫燃料電池汽車示范應用技術含金量，筆者建議可以對細分車型制定技術評價標準，開展技術評分，為上海提升氫燃料電池汽車產業科技競爭力、避免反向淘汰提供標準領域的技術支撐。

② 加氫站各場景模式的建設規范

開展各應用場景下的多類型加氫站建設規范方面的標準研究。雖然，加氫站建設運營的商業模式仍在探索中，但是根據氫燃料電池技術路線，筆者可以推斷出下階段將會出現的運行場景，如港口、廠區貨運、城內與城間長途客運貨運、城市清掃等。這些場景都具有功能明確、路線簡單等特點，針對特定的汽車和場景，筆者建議制定出更便捷、規范、合理的多類型加氫站設計規范方面的標準，減少不必要的資源浪費，為加氫站提升盈利能力、實現商業運營、形成的規模效應盡早制定相關的標準。

③制氫技術的碳排放研究

開展氫制備技術碳評價方面的標準探索。新能源汽車已開始逐步替代傳統汽車，氫燃料電池汽車在運行過程中已實現了零排放，如果能從制氫源頭也做到碳的零排放，就能真正實現車輛運行全過程零碳排放，這將極大提升氫能取代石油和天然氣成為未來能源的可能。因此，研究氫能碳評價方面的標準，對氫制備技術進行碳評價，將能鼓勵企業研發和引進新的制氫技術，大幅度降低綠氫的生產成本，淘汰灰氫制造企業，這對我國早日實現雙碳目標具有里程碑式的意義。

四、結 語

隨著氫能在下游應用場景的不斷擴大，制氫領域無碳化技術快速發展。在未來30 年內，氫能很可能成為全世界替代高碳石油的新能源載體。在這場翻天覆地的能源變革浪潮中，上海要抓住時代變革的機遇，通過不斷推出技術水平高、針對性強的標準，更好地引領我國氫燃料電池汽車技術的應用和推廣，幫助我國在汽車制造領域、能源領域等方面實現彎道超車，成為世界強國。