用于能量存儲的反向模式燃料電池

／意大利IEC TC 105代表Stephen J. McPhail 中國電器工業協會標準化與技術評價中心 孟子舒（譯）張亮（校）／

用于能量存儲的反向模式燃料電池

／意大利IEC TC 105代表Stephen J. McPhail 中國電器工業協會標準化與技術評價中心 孟子舒（譯）張亮（校）／

燃料電池正被引入汽車產業（來源：Hyundai）

鑒于初級能源供應從根本上的不可預測性、可再生能源資源的間歇性和不斷變化的能源消費需求及模式，需要聯合行動以應對對于能源日益增長的依賴。對離散型發電（本地或遠程、住宅或商用）不斷增加的需求呼喚將小規模發電效率最大化的系統。燃料電池（FC）是滿足這一需求的理想選擇。事實上，能源輸出低至1kWe的發電機發電凈效率能達到60%，FC系統遠遠超過其他燃料轉換技術。若能成功推廣應用，固定式FC將能夠使用任何本地可用燃料。若產量足以涵蓋小到中型發電的廣泛需求— 同時取決于降低預期成本—FC沒有理由不用于最大規模的電力生產。

能量存儲是可再生能源的關鍵

風能和太陽能發電廠的持續增長是全球各國政府激勵行動和企業合作的積極后果。進而在降低技術成本、極大提高利用率方面取得了成功。大量多種多變和間歇性可再生能源送入傳統電網結構，但為了保證電網的穩定性，使用多種形式的能源受到了限制。智能電網解決方案僅能部分將這些不可預測的能源適用于電力需求。為避免裝機容量和初級清潔能源浪費，儲存這些可再生能源產生的電力至關重要。使用電解水制氫是轉換和存儲多余電力的一種負載高效（相比電池）和位置靈活（相比抽水蓄能）的途徑。

氫帶來諸多益處

氫可以在商用、低溫FC中被轉換回能量。它特別適用于燃料電池電動汽車（FCEV）的應用，這種情況下，以氫的形式存儲電力可以為交通提供能量增加價值。

同樣的，氫是高價值的化工產業基礎物質，用于結合工業過程生產氨、氯和鋼等物質。它還被用于化石燃料的精煉和食品產業。

電化學法制氫有利于匹配大規模可再生能源發電具有巨大的經濟發展潛能。雖然氫處理基礎設施亟須建立，在一個獨特系統中使用反向模式的燃料電池系統，轉換電能存儲和發電現已成為分布式能量管理的可用工程解決方案。此外，使用高溫、僅需反轉極性便可直接應用于發電機和電力存儲設備固體氧化物電池的有利前景促使IEC技術委員會（TC）105（燃料電池技術）探究這方面標準化制定的需要。

將FC和電解過程標準化結合在一起

目前關于FC和電解過程的標準化工作還不包括反向FC。同樣，用于滿足電力存儲和發電需求使用獨特解決方案設計的系統（即使由單獨的FC和電解模塊組成）現在并沒有涵蓋在標準化范疇內。考慮到應用的潛能，這意味著具有標準化前景。對于工業使用來說，通用系統途徑是可取的（功率輸入、功率輸出、副產品熱和電網連接）。應當指出的是，能量-天然氣-能量系統可以融合不同FC技術用于制氫和發電，但由于標準化工作在此處存在缺失，制定反向FC測試程序的特殊任務亟待進行。

基于FC的反向能量存儲和發電系統已投入使用

縱觀世界，行業正在開展基于FC的可再生能源存儲發電系統示范。自2015年4月起 ，Toshiba的太陽能光伏存儲系統在日本投入運行（質子交換膜，或PEM、電解槽、氫氣儲存和氫氣吞吐量為1~2.5 m3／h的質子交換膜燃料電池）。德國的Sunfire正在開發10~500 kWe的反向（或再生）固體氧化物燃料電池（SOFC）系統。除此之外，FuelCell Energy正在提高美國用于能量存儲的SOFC/SOEC（SOEC為固體氧化物電解池）裝置，而意大利的ElectroPower Systems已經使用大量基于PEM的系統用于遠程、離網、采用PV混合的方式為通信塔持續供電。

IEC承擔標準化工作

IEC緊隨快速發展，TC 105針對制定反向模式下使用FC模塊的能源存儲系統的國際標準通過了新工作提案。IEC TC 105第六特別工作組（ahG）負責此項工作，包括針對歐洲合作項目SOCTESQA（固體氧化物燃料電池堆測試和質保項目，由燃料電池暨氫能聯合計劃支持）對模塊的測試和特性化程序的規定和驗證做出預規范性活動。主要目標是考慮用于持續整合可再生能源的電氣化和物質（和熱）生產，制定基于電化學模塊（結合電解與燃料電池，特別是反向燃料電池）電力存儲和緩存系統性能測試方法。

目前重要的提案標準將列在IEC62282-8標準系列：使用反向模式的燃料電池模塊能量存儲系統，包括：

1）62282-8-101：包括反向操作的固體氧化物電池單電池和電堆性能；

2）62282-8-102：包括反向操作的PEM單電池和電堆性能；

3）62282-8-201：電-電系統性能。

項目專家電話開放。項目負責人Stephen McPhail博士（意大利）：62282-8-101；俞紅梅教授 （中國）： 62282-8-102；Tsuneji Kameda博士（日本）：62282-8-201。AHG6召集人為Stephen McPhail，秘書助理為Kazuo Shibata 博士（日本）。

委員會草案初稿和國際標準終稿目標日期分別為2016年底和2019年中。

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