曹東學

（中國石油化工股份有限公司煉油事業(yè)部，北京 100728）

中國石油化工集團有限公司（簡稱中國石化）是在原中國石油化工總公司基礎上重組成立的特大型石油石化企業(yè)集團。中國石化煉油一次加工能力3.02 億噸/年，排名位居全球第一；乙烯產(chǎn)能、加油站數(shù)量排名全球第二，截至2022年，擁有自營加油站達31 000座，擁有加氫站數(shù)量居全球首位[1]。

氫能是一種來源豐富、靈活高效、應用場景廣泛的二次能源，正逐步成為全球能源轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要媒介。為助力實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標，深入推進能源生產(chǎn)和消費革命，構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系，促進氫能產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展至關(guān)重要。

據(jù)統(tǒng)計，中國石化38家煉化企業(yè)年生產(chǎn)和利用氫氣約430 萬噸，占全國制氫總量的12%。氫氣來源中，工業(yè)副產(chǎn)氫占47%、煤制氫占38%、天然氣制氫占12%、油制氫占2%、其他產(chǎn)氫方式約占1%。可以看出，中國石化低碳工業(yè)副產(chǎn)氫比例較高，在化石能源制氫方面具有藍氫及綠氫替代潛力，具備氫能產(chǎn)業(yè)低碳化發(fā)展的良好基礎。

作為具有國內(nèi)最大規(guī)模產(chǎn)用氫的特大型能源化工公司，氫能是中國石化轉(zhuǎn)型發(fā)展的重點方向。中國石化氫能業(yè)務的總體目標為打造中國第一氫能公司，遠期力爭成為世界領先氫能公司。聚焦“十四五”期間，中國石化正按照“加氫引領、綠氫示范、雙輪驅(qū)動、助力減碳”的思路，圍繞氫能交通和綠氫煉化兩大領域，大力發(fā)展氫能一體化業(yè)務，規(guī)劃布局油氫合建站、加氫站，著力布局非化石能源制氫領域，促進二氧化碳減排[2]。

1 標準引領氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展

2022年3月23日，國家發(fā)展改革委、國家能源局發(fā)布的《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021—2035 年）》指出，氫能是未來國家能源體系的重要組成部分，是用能終端實現(xiàn)綠色低碳發(fā)展的重要載體，是戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)重點發(fā)展方向。明確提出，建立完善氫能產(chǎn)業(yè)標準體系；推動完善氫能制、儲、輸、用標準體系，重點圍繞建立健全氫能質(zhì)量、氫安全等基礎標準，制氫、儲運氫裝置、加氫站等基礎設施標準，交通、儲能等氫能應用標準，增加標準有效供給；鼓勵龍頭企業(yè)積極參與各類標準研制工作，支持有條件的社會團體制定發(fā)布相關(guān)標準；在政策制定、政府采購、招投標等活動中，嚴格執(zhí)行強制性標準，積極采用推薦性標準和國家有關(guān)規(guī)范；推進氫能產(chǎn)品檢驗檢測和認證公共服務平臺建設，推動氫能產(chǎn)品質(zhì)量認證體系建設[3]?！皹藴氏刃小痹跉淠墚a(chǎn)業(yè)發(fā)展中體現(xiàn)尤為突出，引領氫能產(chǎn)業(yè)快速高質(zhì)量發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計，全世界已發(fā)布氫能技術(shù)標準226項，涉及氫能基礎、運輸、加氫站、安全、氫品質(zhì)、儲存、制備、加注設備、檢測、應用等10個方面（見圖1）。

圖1 世界氫能標準涉及領域分布

早在2010 年，王賡等[4]設計了由基礎與管理、氫質(zhì)量、氫安全、氫工程建設、氫制備與提純、氫儲運與加注、氫能應用和氫相關(guān)測試等8個技術(shù)類別構(gòu)成的氫能技術(shù)標準體系。2020 年，全國氫能標準化技術(shù)委員會系統(tǒng)構(gòu)建了氫能全產(chǎn)業(yè)鏈標準體系，包括基礎與通用、氫安全、氫制備、氫儲存、氫輸運、氫加注、氫能應用等7 個子體系[5]，為全面推動氫能標準化工作提供指導。國家標準化委員會已經(jīng)批準發(fā)布氫能領域國家標準100 余項，對推動氫能領域技術(shù)進步、拓展應用領域、保障安全運營、促進產(chǎn)業(yè)發(fā)展起到良好的引領作用。

自1985 年《氫氣使用安全技術(shù)規(guī)程》（GB 4962—1985）發(fā)布以來，我國的氫能標準化建設已有30多年的歷史。然而，我國氫能標準體系與國際標準體系相比，在氫能標準與技術(shù)進步的同步性、關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)細化及標準覆蓋面等方面尚有差距。這正是中國石化氫能標準建設中需要面對和解決的問題。

2 中國石化氫能標準的建設實踐

為建立健全氫能產(chǎn)業(yè)鏈標準，保障氫能產(chǎn)業(yè)健康、有序、安全、穩(wěn)定發(fā)展，中國石化在全面梳理氫能領域標準規(guī)范的基礎上，參照《標準體系構(gòu)建原則和要求》（GB/T 13016—2018），針對全產(chǎn)業(yè)鏈標準的痛點和薄弱環(huán)節(jié)，根據(jù)實用、適用、關(guān)聯(lián)、協(xié)調(diào)等原則，主動制定企業(yè)標準，推進團體標準、行業(yè)標準、國家標準的更新和落地，助力氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展。中國石化氫能標準的制定主要涉及氫系統(tǒng)安全、氫制備及純化、氫儲運、氫裝備、加氫站及氫質(zhì)量分析檢測等領域，目前已完成或正在申報國家標準13 項、行業(yè)標準1 項、團體/地方標準13 項、企業(yè)標準18 項、指導意見和規(guī)范5項。

2.1 氫系統(tǒng)安全

氫能安全利用貫穿氫的生產(chǎn)、儲運、加注、燃料電池等所有環(huán)節(jié)，安全是中國氫能高質(zhì)量發(fā)展的首要保障[6]。國內(nèi)對氫能安全缺乏系統(tǒng)性研究，一方面，安全研究基礎薄弱，缺乏專門的安全研究機構(gòu)，研究體系也不健全，導致已有的安全研究主要集中在燃料電池、涉氫設備材料相容性等領域，研究力量較為分散，深度不夠，缺乏安全可靠性測試方法和檢測認證手段，無法涵蓋應用過程的所有事故場景。另一方面，已經(jīng)建立的車用氫能安全法規(guī)標準的科學性和完整性亦缺乏實驗數(shù)據(jù)和必要的安全技術(shù)研究支撐[7]。為保障氫能產(chǎn)業(yè)安全穩(wěn)定、完善氫系統(tǒng)安全標準體系，中國石化依托所屬安全工程研究院，特別是新成立的氫能安全重點實驗室等機構(gòu)，配備了專門的氫能安全研究開發(fā)人員，牽頭或參與制定國家標準4 項，企業(yè)標準2 項，主要針對氫泄漏、氫泄放、定量風險評估等方面（見表1）。

表1 中國石化氫系統(tǒng)安全標準規(guī)范

2.2 氫制備、純化與儲運

氫制備、純化與儲運是整個氫能利用極其重要的環(huán)節(jié)。為規(guī)范氫氣制取、純化以及氫儲運工程技術(shù)要求，中國石化已經(jīng)頒布企業(yè)標準2 項（見表2）。中國石化煉化企業(yè)有著完善的廠內(nèi)制氫、用氫及管道輸送的設計規(guī)范、規(guī)章制度和豐富的運行經(jīng)驗，但對專門用于石化廠燃料電池氫的純化裝置和對外充裝20MPa壓力級別燃料電池氫的供氫中心的建設缺少相應的工程技術(shù)規(guī)范，為此組織制定了《石化企業(yè)氫氣純化裝置和供氫中心工程技術(shù)規(guī)范》，并于2022 年發(fā)布實施，初步解決了石化企業(yè)氫氣純化和氫氣充裝無標準可依的問題。

表2 中國石化氫生產(chǎn)儲運標準規(guī)范

在加氫站建設過程中，較多遇到儲氫設施場地平面布置不足的問題。儲氫井技術(shù)開發(fā)充分借鑒儲氣井的規(guī)范，進行了必要的拓展試驗，形成的《儲氫井工程技術(shù)規(guī)范》，已經(jīng)于2020 年頒布實施，并對《汽車加油加氣加氫站技術(shù)標準》（GB 50156—2021）形成有效支撐，這是中國石化上下游聯(lián)動創(chuàng)新同步形成工程技術(shù)規(guī)范的典型案例。與地面儲氫容器相比，儲氫井豎直深埋于地下，井筒鋼管與大地之間用水泥固結(jié)為一體，其結(jié)構(gòu)決定了儲氫井不對加氫站的其他設施構(gòu)成安全威脅，具有本質(zhì)安全性，且采用固井技術(shù)，剛性和抗疲勞性好，使用壽命長；儲氫井深埋于地下，其環(huán)境溫度較低且穩(wěn)定，利于氫氣的安全操作，在加氫過程中可減少冷水機組的啟動，節(jié)約能耗；儲氫井的泄漏可通過檢測管檢測，泄漏方向單一，對周圍設施的影響較??；儲氣井的地面部分設施占地面積小，與同規(guī)模地面儲氫容器相比，可節(jié)約占地2/3以上[8]。

如表2 所示，下一步中國石化計劃制定企業(yè)標準6 項，主要針對新能源制氫、氫氣存儲和管道輸送。其中，《氫氣管道材料設計選用規(guī)范》《氫氣輸送管道安全技術(shù)規(guī)范》《純氫管道建設標準》將直接服務于烏蘭察布10 萬噸/年綠氫供應京津冀這一國家級戰(zhàn)略示范項目[9]。

2.3 氫裝備

裝備是氫能產(chǎn)業(yè)鏈安全、穩(wěn)定、經(jīng)濟運行的重要基礎。我國氫能裝備起步較晚，特別是閥門、儀表、管件等，目前大量依賴進口采購。中國石化在氫能裝備標準方面的瓶頸主要體現(xiàn)在供氫母站、加氫站及電解水制氫系統(tǒng)。為規(guī)范這些系統(tǒng)的裝備采購、驗收、使用技術(shù)要求，中國石化牽頭或參與制定國家標準1項，團體標準3項，企業(yè)標準5 項（見表3），其中《加氫站高壓管路用不銹鋼無縫管》已經(jīng)頒布實施。

表3 中國石化氫能裝備標準規(guī)范

2.4 加氫站系統(tǒng)

加氫站是直接對氫燃料電池交通運輸工具進行服務的主要環(huán)節(jié)。既涉及氫能的運輸、接卸、存儲，又涉及氫的加注，還可能涉及氫的現(xiàn)場制備，是氫能技術(shù)領域綜合利用的場景。加氫站既是企業(yè)形象標志，更是服務各行各業(yè)、千家萬戶的平臺和窗口。在加氫站資質(zhì)許可條件、加氫站設備檢測監(jiān)測、加氫站安全運營管理等[10]標準體系尚不健全的情況下，中國石化緊密聯(lián)合地方政府、各級標準管理部門、行業(yè)專家等力量，充分考慮自身實際，因地制宜，大力開展加氫站、油氫合建站建設規(guī)范體系研究和構(gòu)建，取得了良好成效。牽頭或參與制定國家標準3項，已經(jīng)發(fā)布1項；地方/團體標準3項，已全部發(fā)布；企業(yè)標準3 項，已全部發(fā)布；油品銷售企業(yè)指導意見和規(guī)范4 項，已經(jīng)在油品銷售企業(yè)試行（見表4）。這些標準規(guī)范的發(fā)布，有力地支撐了中國石化加氫站、油氫合建站、油氣氫合建站、油氣氫電服綜合加能站的建設實踐，截至2022年底，中國石化已經(jīng)建成98 座加氫站，居于全球首位[1]。其中，《銷售企業(yè)加氫站設計指導意見（試行）》的頒布，規(guī)范了加氫站具體安全要求、設備管理、安裝調(diào)試、質(zhì)量管理的操作流程，為加氫站的安全運營提供了借鑒。

表4 中國石化加氫站系統(tǒng)標準規(guī)范

2.5 氫氣質(zhì)量檢測及分析方法

氫能作為新能源的代表，在構(gòu)建新發(fā)展格局和服務國家重大國事安排中，其質(zhì)量及可靠性得到檢驗[11-12]。

基于自主研發(fā)的成套燃料電池氫雜質(zhì)檢測技術(shù)，中國石化牽頭制定了關(guān)鍵雜質(zhì)檢測方法系列標準及燃料電池用氫氣制備、儲運、加注端采樣規(guī)程，填補了國內(nèi)燃料氫質(zhì)量保證標準體系空缺。目前，中國石化牽頭申報國家標準5 項，牽頭主導的8 項氫能檢測團體標準已由中國節(jié)能協(xié)會正式發(fā)布實施，牽頭制定的1項企業(yè)標準已發(fā)布，1項指導意見正在制定中（見表5）。燃料氫質(zhì)量檢測與質(zhì)量管理系列標準的建立，有助于使氫質(zhì)量保障逐步達到系統(tǒng)化、科學化、高效化。

表5 中國石化氫氣質(zhì)量檢測及分析方法標準規(guī)范

3 存在問題及建議

3.1 提升標準體系的系統(tǒng)性

施文博等[13]通過對國際化標準組織（ISO）/國際電工委員會（IEC）、美日中氫能技術(shù)國家標準與行業(yè)標準對比分析，發(fā)現(xiàn)中國氫能技術(shù)標準化體系存在行業(yè)標準數(shù)量較少、氫能產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟在行業(yè)標準制定中主導性弱和部分技術(shù)類別覆蓋度低等系統(tǒng)性問題。即便是標準體系相對完整的歐洲，也發(fā)布了新版《氫能標準化路線圖》[14]，歐洲清潔氫聯(lián)盟（ECH2A）成立專門的氫標準化工作組來制定標準化路線圖，體現(xiàn)了對氫能標準體系頂層設計的高度重視。

建議我國借鑒歐美氫能技術(shù)標準體系的經(jīng)驗做法，成立專門的氫能標準化工作組，統(tǒng)籌優(yōu)化氫能標準體系頂層設計，做好與氫能重大專項研究的有機結(jié)合，分清輕重緩急，科學組織分工，高效協(xié)調(diào)溝通，做好標準體系的優(yōu)化設計和標準制修訂的組織協(xié)調(diào)，為氫能產(chǎn)業(yè)鏈高質(zhì)量發(fā)展夯實基礎。

3.2 快速補充產(chǎn)業(yè)推廣短板

在氫能工業(yè)應用領域，仍缺乏化工、冶金等應用場景的適用標準，有的雖已有標準但并不適用，亟待修訂。如，在氫大規(guī)模存儲方面，目前采用的標準是《氫氣站設計規(guī)范》（GB/T 50177—2005），標準狀況下氫氣的總?cè)莘e不超過30 000立方米，導致某企業(yè)在建設2 萬噸/年綠氫項目時，需修建10臺2 000立方米1.5 MPa球罐儲存[15-16]，占地大，效率低，經(jīng)濟性差。

建議借鑒美國等國家的先進經(jīng)驗，充分發(fā)揮頭部企業(yè)、產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟在制定行業(yè)標準中的作用。充分利用大量測試設備提供的實驗數(shù)據(jù)，同時提供產(chǎn)業(yè)最新測試結(jié)果，更貼近商業(yè)化市場，把握產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢，奠定現(xiàn)階段和未來氫能標準制定的基礎[13]，從而保證產(chǎn)業(yè)進步與標準制修訂同步。

3.3 大力推動產(chǎn)業(yè)鏈降本

氫能產(chǎn)業(yè)鏈降本已經(jīng)成為行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵瓶頸。歐洲等氫能先進地區(qū)已經(jīng)在積極推動氫能降本[17]，我國氫能產(chǎn)業(yè)正處在快速導入和發(fā)展初期，能否在較短時期內(nèi)實現(xiàn)經(jīng)濟性對產(chǎn)業(yè)鏈的可持續(xù)發(fā)展非常重要。如，移動式儲氫容器（長管拖車用鋼瓶）是目前運氫的主要方式，采用20 MPa壓力等級，運氫效率低、成本高，已經(jīng)成為制約產(chǎn)業(yè)鏈經(jīng)濟性的瓶頸。

為提高氫能運輸?shù)慕?jīng)濟性，相關(guān)單位已經(jīng)開展50 MPa 壓力等級移動式壓力容器標準立項工作，建議加快研究和審核進度，盡快頒布實施。建議形成尋找經(jīng)濟性瓶頸、標準引領產(chǎn)業(yè)鏈降本的滾動研究開發(fā)機制，帶動行業(yè)經(jīng)濟高效發(fā)展。

3.4 加強國際合作

美歐日等發(fā)達國家通過承接國際標準，貢獻國際標準，獲得了更多貿(mào)易機會。中國是ISO 和IEC的P成員國，近年來在國際標準方面的話語權(quán)進一步擴大，但與美國等先進國家仍有差距[7,13,18]。

建議進一步強化我國氫能標準化管理機構(gòu)全國氫能標準化技術(shù)委員會（SAC/TC 309）、全國燃料電池及液流電池標準化技術(shù)委員會（SAC/TC 342）與ISO/TC l97的對口對標協(xié)調(diào)，充分發(fā)揮好新成立的國際氫能及燃料電池協(xié)會（IHFCA）ISO/TC 197 A類聯(lián)絡組織作用；強化全國燃料電池及液流電池標準化技術(shù)委員會、全國汽車標準化技術(shù)委員會（SAC/TC 114）與IEC/TC 105 的對口對標協(xié)調(diào)。做好全國鍋爐壓力容器標準化技術(shù)委員會（SAC/TC 262）、全國氣瓶標準化技術(shù)委員會（SAC/TC 31）與氣瓶標準化技術(shù)委員會（ISO/TC 58）、低溫容器標準化技術(shù)委員會（ISO/TC 220）的對口對標協(xié)調(diào)。力爭通過國際合作，提升標準水平，打造中國標準的核心競爭力。

4 結(jié)語

氫能是未來終極能源之一，是實現(xiàn)碳達峰、碳中和的重要手段。氫能產(chǎn)業(yè)機遇與挑戰(zhàn)共存。中國石化正在加快構(gòu)建“一基兩翼三新”產(chǎn)業(yè)格局，有序推進氫能產(chǎn)業(yè)鏈建設，致力于打造中國第一氫能公司。中國石化正在努力構(gòu)建適應發(fā)展需求的氫能標準體系，但以企業(yè)標準居多。國內(nèi)氫能領域已經(jīng)構(gòu)建了相對完整的標準體系，但仍存在覆蓋度不足、研究深度不夠、標準滯后、產(chǎn)業(yè)及國際化水平有待提高等問題，希望國內(nèi)外企業(yè)和機構(gòu)加強合作，協(xié)同推進氫能標準、技術(shù)、裝備等全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。