氫能是未來能源系統(tǒng)的重要組成部分，也是燃料電池汽車的動力來源。2018年，電動汽車補貼退坡，燃料電池汽車市場陡然升溫，吸引產(chǎn)業(yè)鏈各方及業(yè)外資本紛紛進駐。與此同時，在其他領(lǐng)域，燃料電池的應(yīng)用與推廣也不甘落后，風(fēng)頭正勁。

本文刊登于《產(chǎn)品安全與召回》2018年12月刊

隨著我國社會經(jīng)濟的持續(xù)增長，能源消費需求總量不斷上升，石油、天然氣等進口依存度持續(xù)走高，2015年我國石油對外依存度突破60%，天然氣對外依存度已上升至32.7%。能源進口依存度高，已成為我國能源安全的巨大挑戰(zhàn)，能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型勢在必行。

氫能是未來能源系統(tǒng)的重要組成部分，也是燃料電池汽車的動力來源。2018年，電動汽車補貼退坡，燃料電池汽車市場陡然升溫，吸引產(chǎn)業(yè)鏈各方及業(yè)外資本紛紛進駐。與此同時，在其他領(lǐng)域，燃料電池的應(yīng)用與推廣也不甘落后，風(fēng)頭正勁。

圍繞氫能與燃料電池汽車相關(guān)話題，我們邀請到全國燃料電池及液流電池標準化技術(shù)委員會SAC/TC342（以下簡稱“標委會”）副秘書長陳晨進行深入探討。

陳晨，現(xiàn)任全國燃料電池及液流電池標準化技術(shù)委員會副秘書長，國際電工委員會燃料電池技術(shù)委員會（IEC/TC105）注冊專家。主要研究領(lǐng)域為燃料電池標準化，參與編寫我國燃料電池標準體系、10余項燃料電池領(lǐng)域國家標準和4項燃料電池國際標準的制定。于2015年、2016年連續(xù)獲得“中國機械工業(yè)科學(xué)技術(shù)進步獎”二等獎，2016年被授予“十二五”機械工業(yè)標準化工作先進工作者。為表彰其在推動我國參與燃料電池國際標準化工作中的貢獻，2018年被IEC授予“IEC1906獎”。

燃料電池優(yōu)勢明顯

隨著化石能源消耗、溫室氣體排放導(dǎo)致全球變暖效應(yīng)的不斷加劇，提高能源的利用率和發(fā)展替代能源成為我國乃至全球的主要議題。

近年來，氫能與燃料電池的研究受到各國關(guān)注，被視為未來世界能源體系的重要組成。在汽車領(lǐng)域，氫燃料電池汽車不僅在能源發(fā)展方面具有重要作用，還具有優(yōu)秀的環(huán)保性能和能量轉(zhuǎn)化效率。

“燃料電池是一種能量轉(zhuǎn)化裝置，其最佳燃料為氫。與一般電池不同的是，氫燃料電池是一種將氫氣和氧氣結(jié)合起來產(chǎn)生電力、水和熱的電化學(xué)裝置，其反應(yīng)產(chǎn)生的廢料除了微量的二氧化碳和氮氧化物外，主要是水。”談起燃料電池，陳晨侃侃而談。

氫燃料電池做備用電源，與純電動汽車相比，具有加注時間短、續(xù)航里程長等優(yōu)勢，是未來汽車工業(yè)可持續(xù)化發(fā)展的重要方向之一。

我國在《中國制造2025》《“十三五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》《能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動計劃(2016-2030年)《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012-2020年)》等頂層規(guī)劃中都明確了氫能與燃料電池產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略性地位，將發(fā)展氫能和氫燃料電池技術(shù)列為重點任務(wù)，將氫燃料電池汽車列為重點支持領(lǐng)域。

2014年12月，豐田Mirai燃料電池轎車上市，標志著氫燃料電池汽車技術(shù)實現(xiàn)重大進步，氫燃料電池汽車的技術(shù)已經(jīng)從基礎(chǔ)研究、樣車示范進入工程化、商品化發(fā)展階段。

與此同時，我國不少車企也開始涉足氫燃料電池汽車的開發(fā)。在乘用車方面，以上汽集團為主，已完成前后四代氫燃料電池轎車的開發(fā)。在商用車方面，上汽、北汽福田、上汽大通等企業(yè)先后進駐，近年來已初步具備小批量生產(chǎn)能力。據(jù)統(tǒng)計，2017年全國燃料電池商用車產(chǎn)量為1226輛。

陳晨指出，利用氫能為載體，采用燃料電池技術(shù)將氫能轉(zhuǎn)化為電能，用于汽車動力等領(lǐng)域，將解決目前化石能源日益枯竭及傳統(tǒng)能源消耗帶來的環(huán)境污染等問題。

分階段制定補貼機制

不可忽視的是，相較于電動汽車，燃料電池汽車發(fā)展步調(diào)仍太慢。燃料電池起步早卻“趕了個晚集”，原因何在？

陳晨告訴記者，針對燃料電池發(fā)展慢，業(yè)內(nèi)有很多專家都給予了解讀，主要原因有以下三個方面：一是技術(shù)問題。關(guān)鍵技術(shù)仍需攻克，包括制氫、儲氫方面的技術(shù)、燃料電池自身關(guān)鍵技術(shù)的攻克，以及配套設(shè)施和輔助部件（如空壓機、氣瓶）等技術(shù)的攻克；二是安全問題，燃料電池加氫的背后，需要一整套氫能源生產(chǎn)和運輸網(wǎng)絡(luò)作為支撐。氫氣本身的安全問題、加注氫燃料時的安全及操作過程中的安全問題都需要解決好。三是成本問題，關(guān)鍵零部件尚未國產(chǎn)化，主要依靠進口，導(dǎo)致了燃料電池系統(tǒng)的成本居高不下。此外，加氫站的建設(shè)成本高昂，燃料電池現(xiàn)階段所有的催化劑Pt產(chǎn)量低、價格也非常高，約是黃金的2倍。

2018年，電動汽車“補貼退坡”消息被坐實，燃料電池汽車市場驟然升溫，無論是行業(yè)、資本市場，還是產(chǎn)業(yè)鏈各方，對于燃料電池汽車的發(fā)展都抱有很大期待。

高補貼能否助推燃料電池汽車商業(yè)化？陳晨認為，燃料電池汽車發(fā)展初期，由于產(chǎn)業(yè)鏈尚未健全，需要國家給予一定的補貼，用來促進燃料電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

為促進燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展，陳晨建議：“在補貼方面，國家應(yīng)分階段制定完善的補貼機制，讓補貼的經(jīng)費能夠真正用于推動行業(yè)的發(fā)展。在技術(shù)上，需要不斷的攻克，并希望更多的行業(yè)能夠參與進來，盡快完善整個產(chǎn)業(yè)鏈。”

此外，上游氫能的發(fā)展，直接關(guān)系到燃料電池是否能夠推廣應(yīng)用，目前我們國家對于氫仍按照危險化學(xué)品進行管理，限制非常多。

“現(xiàn)在也有些聲音提出，將氫能劃歸到能源領(lǐng)域，建議國家從能源發(fā)展戰(zhàn)略的角度考慮，將氫能作為一個產(chǎn)業(yè)進行規(guī)劃和發(fā)展，以推動燃料電池的應(yīng)用和推廣。”陳晨補充道。

氫氣并不比汽油更危險

去年11月底，張家口市橋東區(qū)大倉蓋鎮(zhèn)盛華化工有限公司附近發(fā)生一起爆炸事故。爆炸原因一度被指向氫能源。隨著調(diào)查的深入，事故原因逐漸明晰：盛華化工氯乙烯氣柜泄漏，遇明火爆燃所致。與氫能源無關(guān)。

長期以來，由于公眾對于氫能源缺乏足夠的了解，對氫燃料電池汽車的安全尚有疑慮，甚至“談氫色變”，這也成為限制氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的一大因素。

“燃料電池汽車的安全性，也是我們考慮的重點。”陳晨說，標委會主任委員衣寶廉院士的報告中曾多次提到這個問題，也給出了很好的答案：氫氣比較輕，它的擴散系數(shù)是汽油的22倍，氫氣漏出來以后很快向上擴散，不像汽油，漏出來以后就滯留在車的旁邊，汽油著火是圍繞車燒的，氫氣著火是在車輛上方，所以氫氣在開放的空間是非常安全的。

只要管理到位，氫氣的特性并不比汽油更危險。“但是，氫氣在密封空間的安全性要引起足夠的重視，如在車庫中，需要安裝傳感器，并加上通風(fēng)裝置，以防發(fā)生危險。”陳晨強調(diào)。

在變電站領(lǐng)域推廣應(yīng)用

去年8月，國家標準《變電站用質(zhì)子交換膜燃料電池供電系統(tǒng)》（GB/T36544-2018）正式發(fā)布，并將于2019年2月1日實施。而在此以前，電力系統(tǒng)變電站引入燃料電池的相關(guān)標準一直處于缺失狀態(tài)。

在電力系統(tǒng)變電站領(lǐng)域，現(xiàn)階段的備用電源以鉛酸電池為主，設(shè)計依據(jù)是DL/T5044《電力工程直流電源系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)規(guī)程》，燃料電池作為變電站備用電源僅于6年前在洛陽變電站中嘗試使用。

“限于當(dāng)時燃料電池自身技術(shù)問題，以及標準的缺失，燃料電池沒有得到推廣應(yīng)用。隨著質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)的快速發(fā)展，燃料電池已經(jīng)具備示范運行的條件，亟需制定標準填補空白。”陳晨解釋。

在此背景下，標委會聯(lián)合全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院有限公司開展了《變電站用質(zhì)子交換膜燃料電池供電系統(tǒng)》（GB/T36544-2018）國家標準的制定。

陳晨向記者詳細介紹了該標準的起草過程，標準制定過程中，燃料電池企業(yè)和電網(wǎng)公司通力合作，針對這項標準組織召開了四次討論會；為了更加準確地了解變電站的工作環(huán)境，以及燃料電池作為備用電源的要求等事宜，工作組專門赴河南洛陽變電站開展了實地調(diào)研和交流；全球能源互聯(lián)網(wǎng)研究院有限公司專門開發(fā)了2套針對35kV變電站等級的燃料電池備用電源樣機，通過南京大學(xué)環(huán)境與再生能源檢測中心針對性地開展試驗驗證，對標準中涉及的動態(tài)響應(yīng)、沖擊放電能力等進行了試驗驗證，最終完成了標準中參數(shù)的設(shè)定和試驗方法的確認。

將來標準實施后，燃料電池系統(tǒng)作為備用電源，可替代傳統(tǒng)的閥控式密封鉛酸蓄電池。

目前全國整個配電網(wǎng)中的變電站，大多使用閥控式密封鉛酸蓄電池作為后備電源系統(tǒng)。由于鉛酸電池壽命較短，產(chǎn)品生產(chǎn)和廢棄對人類生活有嚴重負面影響，一般2～3年就須更換一次，運營成本較高。據(jù)了解，一個220kV變電站需要配備2組110V、500Ah的鉛酸蓄電池（單個電壓為2V），成本=2.5元/Ah*500Ah*110*2=27.5萬。如果改為燃料電池，成本大概在44萬左右，壽命至少是10年。

“燃料電池的使用，將有效提高變電站備用電源系統(tǒng)穩(wěn)定性及壽命，減少有害物質(zhì)排放，靈活高效，具有良好的社會效益和應(yīng)用價值。”對于標準的實施，陳晨很期待。

標準化工作與國際持平

據(jù)陳晨介紹，標委會自成立至今，燃料電池行業(yè)受國內(nèi)外政策的影響起起伏伏，但是標準化工作一直沒有停歇過。

在標準體系建設(shè)方面，結(jié)合我國的實際情況，依據(jù)系統(tǒng)性、協(xié)調(diào)性、完整性及與國際標準接軌性原則，初步建立了我國燃料電池標準體系，并結(jié)合我國標準化改革，在2017年重新調(diào)整了標準體系架構(gòu)，在原有標準體系架構(gòu)的基礎(chǔ)上，增加了團體標準，從頂層出發(fā)，給出燃料電池領(lǐng)域標準的整體規(guī)劃，指導(dǎo)我國燃料電池標準化工作的開展。在標準制修訂方面，在上述標準體系的指導(dǎo)下，標委會已經(jīng)制定國家標準36項，國家標準化指導(dǎo)性技術(shù)文件3項。

隨著燃料電池產(chǎn)業(yè)的興起，燃料電池進入市場導(dǎo)入期，標委會將在備用電源、燃料電池汽車及無人機等領(lǐng)域陸續(xù)制定出相關(guān)的標準，服務(wù)于產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

在國際上，國際電工委員會燃料電池技術(shù)委員會（IEC/TC105）負責(zé)燃料電池技術(shù)和各種類型燃料電池和相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域的國際標準化工作，如用于分布式發(fā)電、熱電聯(lián)合和發(fā)電系統(tǒng)的固定式燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，運輸領(lǐng)域用燃料電池發(fā)電系統(tǒng)（如驅(qū)動系統(tǒng)、增程器、輔助動力單元），便攜式燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，微型燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，基于可逆操作模式的燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，以及通用電化學(xué)流體系統(tǒng)和過程。涉及到道路車用燃料電池的項目，IEC/TC105將同ISO/TC22及其相關(guān)的SCs協(xié)調(diào)開展。

目前，國際上形成了相對完善的燃料電池標準體系。“盡管，在固定式發(fā)電、微型等領(lǐng)域，受技術(shù)的制約，我國的標準化工作相較于國際標準有所滯后。但從整體上看，我國燃料電池標準化工作整體水平基本與國際持平。”陳晨最后總結(jié)道，尤其是在驅(qū)動及輔助動力領(lǐng)域，我國已經(jīng)初步完成了車用領(lǐng)域燃料電池部件、低溫、安全等的標準制定，并開展了無人機領(lǐng)域的標準化工作，而國際上這部分尚處于空白階段。