前言：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，在其他領域，燃料電池的應用與推廣也不甘落后，風頭正勁。

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)，能源結構轉(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，在其他領域，燃料電池的應用與推廣也不甘落后，風頭正勁。

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

燃料電池優(yōu)勢明顯

隨著化石能源消耗、溫室氣體排放導致全球變暖效應的不斷加劇，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注，被視為未來世界能源體系的重要組成。在汽車領域，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合起來產(chǎn)生電力、水和熱的電化學裝置，其反應產(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列為重點任務，將氫燃料電池汽車列為重點支持領域。

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實現(xiàn)重大進步，氫燃料電池汽車的技術已經(jīng)從基礎研究、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，采用燃料電池技術將氫能轉(zhuǎn)化為電能，用于汽車動力等領域，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：一是技術問題。關鍵技術仍需攻克，包括制氫、儲氫方面的技術、燃料電池自身關鍵技術的攻克，以及配套設施和輔助部件（如空壓機、氣瓶）等技術的攻克；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，關鍵零部件尚未國產(chǎn)化，主要依靠進口，導致了燃料電池系統(tǒng)的成本居高不下。此外，加氫站的建設成本高昂，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，直接關系到燃料電池是否能夠推廣應用，目前我們國家對于氫仍按照危險化學品進行管理，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。

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，并加上通風裝置，以防發(fā)生危險。”陳晨強調(diào)。

在變電站領域推廣應用

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標準一直處于缺失狀態(tài)。

在電力系統(tǒng)變電站領域，現(xiàn)階段的備用電源以鉛酸電池為主，設計依據(jù)是DL/T5044《電力工程直流電源系統(tǒng)設計技術規(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。

“限于當時燃料電池自身技術問題，以及標準的缺失，燃料電池沒有得到推廣應用。隨著質(zhì)子交換膜燃料電池技術的快速發(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、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。

在標準體系建設方面，結合我國的實際情況，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，并結合我國標準化改革，在2017年重新調(diào)整了標準體系架構，在原有標準體系架構的基礎上，增加了團體標準，從頂層出發(fā)，給出燃料電池領域標準的整體規(guī)劃，指導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下，標委會已經(jīng)制定國家標準36項，國家標準化指導性技術文件3項。

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

在國際上，國際電工委員會燃料電池技術委員會（IEC/TC105）負責燃料電池技術和各種類型燃料電池和相關應用領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、微型等領域，受技術的制約，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。”陳晨最后總結道，尤其是在驅(qū)動及輔助動力領域，我國已經(jīng)初步完成了車用領域燃料電池部件、低溫、安全等的標準制定，并開展了無人機領域的標準化工作，而國際上這部分尚處于空白階段。