清华大学 | 施文博，蔡淳名，张剑波，等：ISO/IEC、美日中氢能技术标准化体系比较与建议

18世纪的工业革命极大地改善了人类的生活质量，但也导致全球变暖和能源枯竭问题日益严峻，世界多国陆续提出“碳达峰、碳中和”目标以寻求人类社会的可持续发展。为此，寻找可替代化石燃料的新型清洁能源迫在眉睫。氢燃料因其清洁性、高热值、来源丰富、制备方法多样和适宜长期大量存储等优点，有望成为新型能源结构中的重要组成部分。以氢燃料为核心，涵盖制备、储运、加注和应用等技术的氢能领域，已成为世界各国科技竞争的新热点。

技术标准在产业升级、国际贸易中具有重要作用，是国民经济与社会发展的重要基石。标准化体系囊括标准体系与对应的标准化组织体系：标准体系是某一领域内的标准按其内在联系形成的不同层次与类别的有机整体，一定程度上反映了产业发展的阶段与方向；标准化组织体系包含了标准确立机构、机制、流程与用时等信息，一定程度上反映了国际或国家的政治、社会、文化背景。氢能作为跨学科、跨行业的技术，经历了三落四起，历史久远，体系庞大，相应的标准化组织体系涉及的机构数量众多、关联复杂，制定的标准体系涵盖制备、储运、加注和应用等产业链多个环节，种类繁杂。由于标准化组织体系中的标准确立流程、用时等特征并不局限于氢能领域，其他技术领域的研究中已有描述，鉴于篇幅有限，文中不再赘述。本文主要针对氢能技术标准化体系中氢能技术标准的确立机构、层级结构与技术覆盖度开展研究。

及时梳理、比较中国氢能领域标准化体系发展与现状，对于规范和促进中国氢能领域的技术进步与产业升级至关重要。国际组织ISO/IEC、氢能领域发展前列国家美国与日本的标准化体系中，有值得中国学习、借鉴的优秀案例，能够为完善中国氢能技术标准化体系提供宝贵经验与参考。国际氢能标准制定机构中最具权威性与代表性的是国际标准化组织（ International Organization For Standards, ISO）和国际电工委员会（International Electrotechnical Commission, IEC），其确立的ISO/IEC氢能标准位居所有成员国各国的内部标准之上，是成员国进行国际贸易时需遵守的规范。美国、日本等多个发达国家在21世纪先后缔结了《哥本哈根协议》和《巴黎协议》，推动了主要签约国家的氢能领域标准化组织的高效运转，确立了大量氢能技术国家标准与行业标准，完善、优化了主要签约国家的氢能技术标准化体系。

针对氢能技术标准化体系，中国已有学者通过横向比较的研究手段取得了一定研究成果。陈晓露等通过调研分析国内外液氢储运技术及其标准的发展现状，提出适合中国液氢产业的发展建议。姜英龙等通过调研并比较国内外4种针对熔敷金属中扩散氢的测试标准，总结4种测试标准的优缺点，为中国测试标准的完善提供了宝贵数据。但上述工作只是针对氢能领域中某些具体问题的标准进行了深入研究。如前所述，氢能产业历史久远，氢能技术标准化体系复杂，在深入研究某些局部标准的同时，也有必要对氢能技术标准化体系进行全景式的梳理与分析。王赓等于2010年设计了由基础与管理、氢质量、氢安全、氢工程建设、氢制备与提纯、氢储运与加注、氢能应用和氢相关测试8个技术类别构成的氢能技术标准体系，提出了一种较为全面、合理的标准分类方法，但其研究中缺乏对国内外氢能技术标准体系在不同技术类别中分布的细化整理和横向比较。

王庚等提出的氢能技术标准体系的技术类别是一种较为全面、合理的标准分类方法，中国氢能标准与ISO/IEC氢能标准均能被明确、独立地划分到某一技术类别中，由8个技术类别构成的氢能技术标准体系也后续被其他学者、机构沿用。全国氢能标准化技术委员会于2020年基于氢能技术进展和产业需求，系统构建了氢能全产业链标准体系，包括基础与通用、氢安全、氢制备、氢储存、氢输运、氢加注、氢能应用7个技术类别，这一标准体系较好地体现了产业链上下游趋势，但存在部分标准对应不明确、不唯一的问题，例如GB/T 34542.1《氢气储存输送系统 第1部分：通用要求》涉及氢气储存、输送、压缩、充装及其组合系统，囊括产业链中的多个环节，难以明确、独立划分到上述某一类别中，但可以将其划分到王赓学者提出的“氢储运与加注”技术类别中。因此，本文将沿用王赓等学者确立的由8个技术类别构成的氢能技术标准体系，重点针对国内外氢能技术标准的制定机构、层级结构与技术覆盖度，氢能标准在技术类别中的分布情况进行补充研究。

综上所述，本文针对氢能技术标准化体系，梳理、分析、比较了ISO/IEC、美国、日本和中国等5个主体在氢能领域的发展与现状：介绍了各自主体的氢能标准化机构，详细梳理了ISO/IEC确立的氢能技术国际标准与美国、日本和中国确立的氢能技术国家标准与行业标准，并归类到8个技术类别中，分析了上述5个主体在氢能技术类别中的分布与特征。在对比中国与其他主体氢能技术标准化体系的基础上，阐释了中国氢能技术标准化体系的不足，提出了完善与发展中国氢能技术标准化体系的两点建议。

国际标准是基于全球市场活动与需求所确立的规范准则，制定机构中最具权威性与代表性的是ISO和IEC。ISO负责所有研究标准的国际一致化，帮助不同国家的标准与ISO/IEC标准同步接轨；IEC主要负责电工、电子和相关技术标准的国际一致化。

ISO/IEC内部由标准管理委员会统筹管理标准的制定工作，标准管理委员会下辖众多技术委员会（Technical Committee，TC）以负责不同技术领域的标准制定，技术委员会下辖具体的工作小组（Working Group，WG）以制定具体的标准草案，WG由ISO/IEC成员国的行业专家组成。ISO/TC 197氢能技术委员会是开展氢能技术国际标准制定的主要技术委员会之一，下辖多个工作小组负责不同技术的标准制定工作，制定ISO氢能标准共计18项。整理ISO/TC 197氢能技术委员会制定的ISO氢能技术标准及对应的技术标准归类如表1所示。

从表1可发现，ISO/TC 197主要负责气态氢、液态氢在基础术语、质量、安全、制备、储运与加注和相关检测等5个技术类别的ISO氢能标准制定，且对氢储运与加注和氢相关测试技术类别的丰富有较大贡献。而IEC组织内IEC/TC 105燃料电池技术委员会聚焦于所有类型的燃料电池及其术语、安全、安装、应用与检测问题，制定的IEC氢能标准囊括基础与管理、氢安全、氢工程建设、氢能应用和氢相关测试等5个技术类别。

结合图1可见，ISO与IEC协作，制定的技术类别全面覆盖了氢能技术标准体系8个技术类别。ISO/IEC氢能标准整体氢质量、氢工程建设和氢制备与纯化类别中标准数量较少，其他5个技术类别数量较为充分。IEC氢能标准更注重保障燃料电池技术的商业化应用与安全，其余技术类别则主要由ISO负责补充确立，保证了ISO/IEC氢能标准在8个技术类别的完备性。

美国成立之初，不同州的政府建立了不同的标准化体系。为了解决不同州的产业联盟与学术团体间的标准冲突问题，美国设立了美国国家标准学会（American National Standards Institute, ANSI）以确立统一的美国国家标准。

美国氢能技术标准囊括国家标准与行业标准两大层级。美国国家标准学会（ANSI）与标准制定机构（Standards Developing Organization, SDO）相互协作，共同构建了美国氢能技术标准化体系，其相互关系如图2所示。ANSI是美国氢能技术标准化体系的核心，负责美国标准化进程的协调与管理工作，授权确立美国氢能技术国家标准，但ANSI不参与任何标准具体内容的制定，标准具体内容的制定由SDO完成。SDO确立美国技术行业标准，当ANSI认为这一行业标准存在共性问题、有必要统一为国家标准时，将授权确立该行业标准为国家标准。

SDO分为学术团体和产业联盟两大类。学术团体包括美国试验材料学会（American Society for Testing Material, ASTM）、美国机械工程师协会（American Society of Mechanical Engineers, ASME）和电气与电子工程师协会（Institute of Electrical and Electronic Engineers, IEEE）。凭借其较强的国际影响力，学术团体召开国际学术会议以获得前沿研究数据，为标准制定奠定数据基础。美国的学术团体为美国氢能标准向海外拓展开辟了重要途径。氢能领域的产业联盟包括美国汽车工程师协会（ Society of Automotive Engineers, SAE）、美国压缩气体协会（Compression Gas Association, CGA）、加拿大标准协会（Canadian Standards Associations, CSA）、安全检定实验室公司（Underwriters Laboratories Inc, UL）和美国消防协会（National Fire Protection Association, NFPA）。产业联盟利用大量的测试设备提供实验数据，同时其更贴近商业化市场，能提供产业最新测试结果，把握产业的发展趋势，奠定现阶段和未来氢能标准制定的基础。美国氢能产业及相关技术已走在国际前列，众多的产业联盟与学术团体确立了大量的行业标准，丰富、充实了美国氢能技术标准体系。

美国氢能技术国家标准与行业标准共计147项，其中国家标准31项，行业标准116项。以红色和蓝色分别表示国家标准与行业标准（下同），整理不同SDO制定的氢能标准并归类到8个技术类别中，如图3所示。

从图3可见，美国氢能技术标准全面覆盖了氢能技术标准体系所有类别。美国氢能技术国家标准偏向于作为共性问题的指南，同时保证与ISO/IEC国际氢能标准的一致。例如，美国国家氢能标准中大部分均与ISO/IEC国际氢能标准的要求保持一致，由加拿大标准协会（CSA）确立，ANSI国家氢能标准主要涉及加氢站、气态氢与液态氢储运、燃料电池等技术，主要针对氢工程建设、氢储运与加注和氢能应用等共性或基础建设问题。

美国氢能技术行业标准是氢能在不同技术的补充、完善与拓展。美国行业标准数量远高于国家标准，比例接近4∶1，这意味着美国氢能产业更为成熟，且学术团体与产业联盟积极参与标准化进程，促使美国氢能技术标准体系更为丰富与充实。其中，产业联盟能更贴近市场需求以确立美国氢能技术行业标准。例如，美国压缩气体协会（CGA）负责建立氢气在工业和医疗等行业的质量、安全和应用标准，重点针对氢安全与氢储运加注技术类别，保障了氢气的安全应用；美国汽车工程师协会（SAE）设立了SAE燃料电池标准委员会，重点负责氢能应用的燃料电池汽车领域，包括燃料电池汽车的电堆安全、输出功率、与车辆的接口要求等技术标准的制定，保证了燃料电池汽车产业的安全与快速发展。美国的学术团体则凭借其国际影响力，收集国际高质量研究数据。例如，美国实验材料学会（ASTM）是世界上最大的私营非盈利性质的标准制定组织，在举办学术会议的同时，制定并发布了氢相关测试类别的ASTM行业标准，为氢燃料、氢能应用的性能等各类测试提供了详细规程，丰富了美国的氢能技术标准体系。

日本在氢能发展起步较晚、氢能资源不充足的大背景下，燃料电池技术依然处于国际前列，这离不开日本充实的氢能技术标准化体系与众多氢能领域产业联盟的帮助。

与美国相同，日本氢能标准同样分为国家标准和行业标准两大层级。日本工业标准委员会（Japanese Industrial Standards Committee, JISC）是日本氢能技术标准化体系的核心，负责确立氢能领域的日本国家标准（Japanese Industrial Standards, JIS）。JISC确立标准耗时较长，在JISC之外，日本众多产业联盟内也设有技术委员会，负责制定行业标准以保障日本氢能产业的发展。日本氢能领域的产业联盟包括高压气体安全协会（The High Pressure Gas Safety Institute of Japan, KHK）、石油能源技术中心（Japan Petroleum Energy Center, JPEC）、日本汽车研究所（Japan Automobile Research Institute, JARI）、日本电气工业协会（Japan Electric Machinery Association, JEMA）和日本工业和医疗气体协会（Japanese Industrial and Medical Gases Association, JIMGA）。

日本氢能技术国家标准与行业标准共计82项，其中国家标准27项，行业标准55项。整理JISC与众多产业联盟制定的氢能技术标准并归类到8个技术类别中，如图4所示。

从图4可见，日本氢能技术标准全面覆盖了氢能技术标准体系所有类别。日本氢能技术国家标准大部分由ISO/IEC氢能标准采标本土化而来，与国际氢能标准保持一致。日本在基础与管理、氢质量、氢安全技术类别确立了少量的国家标准，并针对燃料电池技术，在氢能应用与氢相关测试技术类别确立了较多的国家标准。

日本氢能技术行业标准是日本当前产业发展背景下，对氢能技术标准体系的细化与补充。与美国相似，日本氢能技术行业标准数量同样多于国家标准，比例接近2∶1。众多的氢能领域产业联盟确立了大量的行业标准，丰富了日本氢能技术标准体系。例如，石油能源技术中心（JPEC）是日本氢能基础建设的核心，负责加氢站相关技术领域，在氢安全、氢工程建设和氢储运与加注技术类别确立了较多行业标准；日本汽车研究所（JARI）则负责燃料电池汽车领域的标准制定，在氢安全、氢能应用技术类别确立了安全、性能与耐久性等方面的行业标准。

中国氢能技术标准由国家标准、行业标准等组成。中国氢能技术国家标准由中国国家标准化管理委员会（Standardization admin126459646istration of China, SAC）统筹负责，而行业标准同样由政府机关负责确立，例如电力行业标准由国家能源局制定，机械、汽车行业标准由工业和信息化部制定，产业联盟与学术团体并未在行业标准的标准化进程中发挥明显作用，这与美国、日本由产业联盟或学术团体制定行业标准的标准化体系存在较大区别。

制定中国氢能技术国家标准的技术委员会主要有3个：SAC/TC 309全国氢能标准化技术委员会，负责制氢、储氢、加氢、氢能应用、测试和安全等方面国家标准的制定；SAC/TC 342全国燃料电池及液流电池标准化技术委员会，负责燃料电池和液流电池技术的术语、堆栈和应用等方面国家标准的制定；SAC/TC 114/SC 27全国汽车标准化技术委员会电动车辆分技术委员会，负责燃料电池在新能源车领域国家标准的制定。

确立中国氢能技术行业标准的政府机关数量众多。氢能作为跨学科、跨行业的技术，对应的标准涉及到制备、储运、加注和应用等产业链多个阶段，种类繁杂，涉及到电力（DL）、能源（NB）、气象（QX）、冶金（YB）、机械（JB）、汽车（QC）、邮电（YD)、船舶（CB）、电子（JS）等多个技术领域，需国家能源局、中国气象局、工业和信息化部和电子工业部等多个政府机构的通力协作。

中国氢能技术国家标准与行业标准共计131项，其中国家标准101项，行业标准30项。整理SAC与其他政府机构制定的氢能技术标准并归类到8个技术类别中，如图5所示。

美国、日本与中国的氢能技术标准均由国家标准与行业标准组成，但标准层级结构与比例存在较大不同。美国与日本的氢能领域行业标准可以由氢能产业联盟确立，数量多于国家标准，比例分别为4∶1与2∶1，侧面证明了美国与日本的氢能产业更为成熟。产业联盟提供大量测试数据及实践经验，积极参与标准化进程，促使美国与日本氢能技术标准体系更为丰富与充实。相比之下，中国氢能技术行业标准数量较少，相比于国家标准比例仅为1∶3，出现了明显的倒挂现象。且中国氢能技术行业标准的制定机构为国家能源局或性质相似的政府部门，氢能领域产业联盟在行业标准的制定中发挥作用较小，缺乏标准制定所需要的测试数据和实践经验。

国家标准与行业标准的层次结构与比例与氢能产业发展阶段联系紧密。在氢能产业发展早期时，国家标准化管理机构或不同行业主管的政府部门站位较高，通过顶端设计的方式组织众多产业和高校代表讨论、采用国际标准，能够满足氢能产业早期示范应用的紧迫需求。但随着氢能产业升级，对氢能技术动态前沿最敏感的是氢能领域的产业联盟，而非政府行业的主管部门或国家的标准化管理机构，同时产业联盟掌握标准制定的必要测试数据和实践经验。氢能技术的丰富度、多样性是其它能源领域难以比较的，氢能领域作为跨学科、跨行业的技术领域，氢制备、储存、输运、应用等产业链上下游不同行业相对应的主管部门与标准化组织可能互不隶属，有些环节存在多重管辖，而有些技术领域没有明确的主管部门与对应的标准化机构，由此引起的沟通不畅与决策缓慢会影响全产业链标准化进程。但氢能技术行业标准对氢能技术标准化体系尤为重要，一方面，行业标准的确立补充了国家标准未涉及、确立的技术领域，完善了氢能技术标准体系；另一方面，行业标准的技术要求高于国家标准，往往作为国家标准的前沿，对氢能产业未来发展提出更进一步的要求，拓展了氢能技术标准体系的技术要求与边界。

据此，中国需增加行业标准数量，发挥其对标准体系的补充、完善作用，为此需赋予中国氢能产业联盟制定行业标准的权限。

中国的氢能技术标准体系在基础与管理、氢安全、氢质量、氢工程建设技术类别的标准数量基本与美国和日本持平，在氢制备与纯化和氢相关测试技术类别较美国和日本更为丰富，但在氢储运与加注和氢能应用技术类别较为缺失。美国在氢储运与加注和氢能应用技术类别确立了数量最多、技术覆盖最全面的氢能标准。针对储运与加注技术类别，美国ASME STP-PT-006、ASME B31.12、CGA G-5.4、CGA G-5.5、CGA G-5.6、CGA G 5.8等行业标准为不同应用情景下的氢气管道系统规定了设计、安装、使用要求，但中国仅在氢储存与加注需求标准方面有所确立，对氢运输技术标准确立较少。针对氢能应用技术类别，中国氢能标准更偏向于燃料电池汽车的安装、模块、互换性等技术条件，而美国氢能标准SAE AIR 7765和SAE AR 6858探讨燃料电池在航空飞机上应用的可能性，SAE TU-001和SAE T-114则在氢燃料电池汽车商业化前景与未来更新方面展开讨论。相比美国，中国对氢储运加注与氢能应用技术类别的重视仍有所不足。

过往中国的氢能产业整体处在定点示范运营阶段，产业仍在发展初期或中期，氢能产业仍未成熟。为了优先满足少数、局部区域氢能产业的示范运营，前期中国着重关注氢安全、氢工程建设、氢制备与纯化和氢相关测试技术类别，也因此相比于美国和日本，在这些技术类别确立了最多数量的氢能标准。随着中国氢能技术的进步及应用规模在全国范围内的迅速扩展，氢能大规模应用阶段的来临，区域间的交互、联动势必逐步增强，对氢储运与加注和氢能应用技术类别的需求必将日益增加。

据此，中国需优化中国氢能技术标准分布，提高氢储运与加注和氢能应用等技术类别的覆盖度，以保障氢能产业从定点示范运营到城市群大规模推广的顺利升级。

基于“碳达峰、碳中和”目标，中国氢能产业将在未来数年内迎来重大发展机遇期，逐步实现从前期的定点示范运营到中后期城市群大规模推广的产业升级。氢能技术标准是氢能技术进步、国际贸易的重要基石与保障。及时梳理、比较中国与国际组织ISO/IEC、氢能领域发展前列国家美国及日本的氢能技术标准化体系发展与现状，对于促进技术进步、规范国际贸易至关重要。

通过对ISO/IEC、美国和日本氢能技术标准的梳理与比较，发现中国氢能技术标准化体系存在行业标准数量较少、氢能产业联盟在行业标准制定中主导性弱和部分技术类别覆盖度低的不足。据此，为中国氢能技术标准化体系的发展提出两点建议：第一，增加行业标准数量，发挥其对标准体系的补充、完善作用，为此需赋予中国氢能产业联盟制定行业标准的权限；第二，优化中国氢能技术标准分布，提高氢储运与加注和氢能应用等技术类别的覆盖度，以保障氢能产业从定点示范运营到城市群大规模推广的顺利升级。