用于能量存储的反向模式燃料电池

／意大利IEC TC 105代表Stephen J. McPhail 中国电器工业协会标准化与技术评价中心 孟子舒（译）张亮（校）／

用于能量存储的反向模式燃料电池

／意大利IEC TC 105代表Stephen J. McPhail 中国电器工业协会标准化与技术评价中心 孟子舒（译）张亮（校）／

燃料电池正被引入汽车产业（来源：Hyundai）

鉴于初级能源供应从根本上的不可预测性、可再生能源资源的间歇性和不断变化的能源消费需求及模式，需要联合行动以应对对于能源日益增长的依赖。对离散型发电（本地或远程、住宅或商用）不断增加的需求呼唤将小规模发电效率最大化的系统。燃料电池（FC）是满足这一需求的理想选择。事实上，能源输出低至1kWe的发电机发电净效率能达到60%，FC系统远远超过其他燃料转换技术。若能成功推广应用，固定式FC将能够使用任何本地可用燃料。若产量足以涵盖小到中型发电的广泛需求— 同时取决于降低预期成本—FC没有理由不用于最大规模的电力生产。

能量存储是可再生能源的关键

风能和太阳能发电厂的持续增长是全球各国政府激励行动和企业合作的积极后果。进而在降低技术成本、极大提高利用率方面取得了成功。大量多种多变和间歇性可再生能源送入传统电网结构，但为了保证电网的稳定性，使用多种形式的能源受到了限制。智能电网解决方案仅能部分将这些不可预测的能源适用于电力需求。为避免装机容量和初级清洁能源浪费，储存这些可再生能源产生的电力至关重要。使用电解水制氢是转换和存储多余电力的一种负载高效（相比电池）和位置灵活（相比抽水蓄能）的途径。

氢带来诸多益处

氢可以在商用、低温FC中被转换回能量。它特别适用于燃料电池电动汽车（FCEV）的应用，这种情况下，以氢的形式存储电力可以为交通提供能量增加价值。

同样的，氢是高价值的化工产业基础物质，用于结合工业过程生产氨、氯和钢等物质。它还被用于化石燃料的精炼和食品产业。

电化学法制氢有利于匹配大规模可再生能源发电具有巨大的经济发展潜能。虽然氢处理基础设施亟须建立，在一个独特系统中使用反向模式的燃料电池系统，转换电能存储和发电现已成为分布式能量管理的可用工程解决方案。此外，使用高温、仅需反转极性便可直接应用于发电机和电力存储设备固体氧化物电池的有利前景促使IEC技术委员会（TC）105（燃料电池技术）探究这方面标准化制定的需要。

将FC和电解过程标准化结合在一起

目前关于FC和电解过程的标准化工作还不包括反向FC。同样，用于满足电力存储和发电需求使用独特解决方案设计的系统（即使由单独的FC和电解模块组成）现在并没有涵盖在标准化范畴内。考虑到应用的潜能，这意味着具有标准化前景。对于工业使用来说，通用系统途径是可取的（功率输入、功率输出、副产品热和电网连接）。应当指出的是，能量-天然气-能量系统可以融合不同FC技术用于制氢和发电，但由于标准化工作在此处存在缺失，制定反向FC测试程序的特殊任务亟待进行。

基于FC的反向能量存储和发电系统已投入使用

纵观世界，行业正在开展基于FC的可再生能源存储发电系统示范。自2015年4月起 ，Toshiba的太阳能光伏存储系统在日本投入运行（质子交换膜，或PEM、电解槽、氢气储存和氢气吞吐量为1~2.5 m3／h的质子交换膜燃料电池）。德国的Sunfire正在开发10~500 kWe的反向（或再生）固体氧化物燃料电池（SOFC）系统。除此之外，FuelCell Energy正在提高美国用于能量存储的SOFC/SOEC（SOEC为固体氧化物电解池）装置，而意大利的ElectroPower Systems已经使用大量基于PEM的系统用于远程、离网、采用PV混合的方式为通信塔持续供电。

IEC承担标准化工作

IEC紧随快速发展，TC 105针对制定反向模式下使用FC模块的能源存储系统的国际标准通过了新工作提案。IEC TC 105第六特别工作组（ahG）负责此项工作，包括针对欧洲合作项目SOCTESQA（固体氧化物燃料电池堆测试和质保项目，由燃料电池暨氢能联合计划支持）对模块的测试和特性化程序的规定和验证做出预规范性活动。主要目标是考虑用于持续整合可再生能源的电气化和物质（和热）生产，制定基于电化学模块（结合电解与燃料电池，特别是反向燃料电池）电力存储和缓存系统性能测试方法。

目前重要的提案标准将列在IEC62282-8标准系列：使用反向模式的燃料电池模块能量存储系统，包括：

1）62282-8-101：包括反向操作的固体氧化物电池单电池和电堆性能；

2）62282-8-102：包括反向操作的PEM单电池和电堆性能；

3）62282-8-201：电-电系统性能。

项目专家电话开放。项目负责人Stephen McPhail博士（意大利）：62282-8-101；俞红梅教授 （中国）： 62282-8-102；Tsuneji Kameda博士（日本）：62282-8-201。AHG6召集人为Stephen McPhail，秘书助理为Kazuo Shibata 博士（日本）。

委员会草案初稿和国际标准终稿目标日期分别为2016年底和2019年中。

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