上海市氫燃料電池汽車與應(yīng)用標準化發(fā)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(yè)都開始研究本行業(yè)該如何實現(xiàn)減排目標。汽車行業(yè)作為碳排放的主要行業(yè)之一，占我國交通領(lǐng)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(xù)的能源載體，氫能的應(yīng)用是實現(xiàn)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(fā)展的主要技術(shù)路線之一。

2021 年，上海聯(lián)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(yīng)用城市群。隨著氫燃料電池核心關(guān)鍵零部件技術(shù)的不斷突破、整車推廣的規(guī)?；I(lǐng)、加氫站的超前布局，上海氫燃料電池汽車行業(yè)正全面走向商業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化。作為氫燃料電池汽車示范應(yīng)用城市，上海已將推動建立本市氫燃料電池汽車相關(guān)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(xiàn)狀

我國現(xiàn)有負責制定氫燃料電池汽車及其相關(guān)配套的標準化技術(shù)委員會分別是全國汽車標準化技術(shù)委員會電動車輛分技術(shù)委員會（SAC/TC 114/SC 27）、全國燃料電池及液流電池標準化技術(shù)委員會（SAC/ TC 342）、全國氫能標準化技術(shù)委員會（SAC/TC 309）和全國氣瓶標準化技術(shù)委員會車用高壓燃料氣瓶分技術(shù)委員會（SAC/TC 31/SC 8），他們各自負責氫燃料電池細分領(lǐng)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(xiàn)行有效標準共15 個。由于燃料電池與傳統(tǒng)汽車的技術(shù)差異很大，該工作組現(xiàn)階段制定的標準更側(cè)重于燃料電池電動汽車、車用系統(tǒng)與部件。

燃料電池電動汽車工作組在2020 年重新構(gòu)建了燃料電池電動汽車的標準體系，新體系包括基礎(chǔ)通用、整車、關(guān)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(shù)委員會（IEC/TC 105）對接，主要負責燃料電池和液流電池技術(shù)領(lǐng)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(yīng)用，包括固定式家用氫燃料電池、便攜式燃料電池系統(tǒng)、微型燃料電池系統(tǒng)和非道路用的工業(yè)車輛燃料電池系統(tǒng)等，對于汽車行業(yè)針對性不強。

3.氫能相關(guān)領(lǐng)域標準體系

SAC/TC 309 與國際標準化組織氫能技術(shù)委員會（ISO/ TC 197）對接，主要負責我國氫能產(chǎn)業(yè)與氫能應(yīng)用等領(lǐng)域的標準研制工作。其標準內(nèi)容涵蓋了基礎(chǔ)與管理、氫質(zhì)量、氫安全、氫制備、氫儲運和加注、氫能應(yīng)用等領(lǐng)域，相關(guān)涉及標準共31 個。

4.車用高壓燃料氣瓶相關(guān)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(guān)的標準是《車用壓縮氫鋁內(nèi)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(guān)產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀引發(fā)的思考

隨著我國不斷擴大對氫燃料電池汽車及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的投入，一些問題正在不斷凸顯，現(xiàn)階段主要存在以下3 個方面問題。

1.示范應(yīng)用主推車型的標準有待完善

根據(jù)中國汽車工程學會發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車技術(shù)路線圖2.0》規(guī)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(lǐng)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(yè)和信息化部、科學技術(shù)部、國家發(fā)展和改革委員會、國家能源局五部委下發(fā)的《關(guān)于開展燃料電池汽車示范應(yīng)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(yīng)用。

然而對應(yīng)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(xiàn)有的國家標準《燃料電池電動汽車術(shù)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(yīng)車型和對應(yīng)細分場景的國家標準制定計劃，這將帶來與產(chǎn)業(yè)化示范不相匹配的監(jiān)管方面的不足，無法滿足國家技術(shù)發(fā)展路線的需求。

2.加氫站的商業(yè)和盈利模式亟待探索

在氫能交通應(yīng)用中，氫燃料電池汽車仍存在技術(shù)路線風險，在過去10 年和未來長時間內(nèi)，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(shù)正朝著高能量密度、長續(xù)航里程、短充電時間方向發(fā)展。如果加氫站無法找到合理的商業(yè)盈利模式，加氫站的建設(shè)將很難形成規(guī)模效應(yīng)，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(shè)加氫站：2019 年年底，國內(nèi)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(nèi)加氫站增速和總數(shù)位居全球第一，但現(xiàn)階段由于國內(nèi)高壓加氫技術(shù)仍未突破，高壓壓縮機等關(guān)鍵部件未形成規(guī)模化生產(chǎn)，只能依賴進口，導致加氫站建設(shè)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(chǎn)出不協(xié)調(diào)，導致社會資本不愿意建設(shè)加氫站，只能依靠政府提供資金扶持。

此外，我國建設(shè)的加氫站主要按照現(xiàn)有的國家標準建設(shè)，以高壓氣態(tài)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(shè)，運營加氫站的商業(yè)模式將在不斷探索中找到適合的應(yīng)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(shù)要求。

3.不同的制氫技術(shù)面臨碳排放問題

根據(jù)不同的制備技術(shù)和制備過程中環(huán)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(shù)產(chǎn)生的氫氣，生產(chǎn)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(jīng)過碳捕捉、利用和封存處理后產(chǎn)生的氫氣；綠氫是指利用可再生能源發(fā)電電解水而產(chǎn)生的氫氣，生產(chǎn)過程中僅消耗水與風電、水電或者太陽能等清潔電能。

在現(xiàn)有技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)規(guī)模情況下，綠氫的生產(chǎn)成本高于灰氫、藍氫?；覛?、藍氫的制備卻無法從根本上達到碳達峰碳中和的目標，現(xiàn)有的國家標準只對氫生產(chǎn)提出了制備技術(shù)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(chǎn)業(yè)的不斷推廣應(yīng)用，氫能的使用將呈現(xiàn)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(shù)，將使氫能在環(huán)保性上蒙上一層“碳灰”。

三、上海氫燃料電池汽車與相關(guān)產(chǎn)業(yè)標準化發(fā)展思路

作為首批氫燃料電池汽車示范應(yīng)用城市，上海不斷出臺氫燃料電池產(chǎn)業(yè)的規(guī)劃和扶持政策。2020 年11 月印發(fā)的《上海市燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展實施計劃》提出，到2023 年，上海氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展將實現(xiàn)“百站、千億、萬輛”總體目標，規(guī)劃加氫站接近100 座，并建成運行超過30 座，加氫網(wǎng)絡(luò)全國最大，形成產(chǎn)出規(guī)模約1000 億元，發(fā)展規(guī)模全國前列，推廣燃料電池汽車接近10000 輛，應(yīng)用規(guī)模全國領(lǐng)先。到2025 年，上海將成為全球燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展高地，建成運行超過70 座加氫站，推廣應(yīng)用燃料電池汽車達到萬輛級規(guī)模以上。2022 年，上海市發(fā)展和改革委員會聯(lián)合8 委辦共同出臺的《上海市氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2022—2035 年）》提出，要重點圍繞氫能安全、氫能質(zhì)量和氫能交通等一系列標準，開展相關(guān)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(xiàn)狀

上海市氫燃料電池汽車相關(guān)標準由上海市新能源汽車及應(yīng)用標準化技術(shù)委員會負責制修訂，該技術(shù)委員會按照“戰(zhàn)略性、前瞻性、科學性、關(guān)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(nèi)容開展相關(guān)標準的研究和制定工作，現(xiàn)已發(fā)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(yīng)用相關(guān)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(guān)鍵部分，必須放在首位。因此，上海氫燃料電池標準化工作現(xiàn)階段主要圍繞安全開展，覆蓋了從部件、整車到監(jiān)管3 個方面，而在基礎(chǔ)設(shè)施、服務(wù)規(guī)范、應(yīng)用場景等方面還處于標準的預(yù)備研究的狀態(tài)，該標委將在時機成熟后推出相關(guān)標準制定計劃。

2.上海氫燃料電池汽車及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)標準化發(fā)展方向的設(shè)想

本文通過對國內(nèi)氫燃料電池國家標準現(xiàn)狀和我國氫燃料電池汽車及其相關(guān)的技術(shù)發(fā)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(shù)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(shù)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(xiàn)氫燃料電池充能速度快、續(xù)駛里程長的優(yōu)勢，也是國家五部委重點推動示范應(yīng)用。近階段，這幾類車型將在上海投入規(guī)模應(yīng)用。但國內(nèi)氫燃料電池汽車技術(shù)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(yīng)用技術(shù)含金量，筆者建議可以對細分車型制定技術(shù)評價標準，開展技術(shù)評分，為上海提升氫燃料電池汽車產(chǎn)業(yè)科技競爭力、避免反向淘汰提供標準領(lǐng)域的技術(shù)支撐。

② 加氫站各場景模式的建設(shè)規(guī)范

開展各應(yīng)用場景下的多類型加氫站建設(shè)規(guī)范方面的標準研究。雖然，加氫站建設(shè)運營的商業(yè)模式仍在探索中，但是根據(jù)氫燃料電池技術(shù)路線，筆者可以推斷出下階段將會出現(xiàn)的運行場景，如港口、廠區(qū)貨運、城內(nèi)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(guī)范、合理的多類型加氫站設(shè)計規(guī)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(xiàn)商業(yè)運營、形成的規(guī)模效應(yīng)盡早制定相關(guān)的標準。

③制氫技術(shù)的碳排放研究

開展氫制備技術(shù)碳評價方面的標準探索。新能源汽車已開始逐步替代傳統(tǒng)汽車，氫燃料電池汽車在運行過程中已實現(xiàn)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(xiàn)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(shù)進行碳評價，將能鼓勵企業(yè)研發(fā)和引進新的制氫技術(shù)，大幅度降低綠氫的生產(chǎn)成本，淘汰灰氫制造企業(yè)，這對我國早日實現(xiàn)雙碳目標具有里程碑式的意義。

四、結(jié) 語

隨著氫能在下游應(yīng)用場景的不斷擴大，制氫領(lǐng)域無碳化技術(shù)快速發(fā)展。在未來30 年內(nèi)，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(shù)水平高、針對性強的標準，更好地引領(lǐng)我國氫燃料電池汽車技術(shù)的應(yīng)用和推廣，幫助我國在汽車制造領(lǐng)域、能源領(lǐng)域等方面實現(xiàn)彎道超車，成為世界強國。