科技部正式下发国家重点研发计划“可再生能源与氢能技术”2020年度项目申报指南

科技部近日印发国家重点研发计划“可再生能源与氢能技术”重点专项2020年度项目申报指南,国拨经费总概算为6.06亿元。其中氢能部分较此前的意见稿增加了碱性离子交换膜制备技术及应用项目,

“可再生能源与氢能技术”重点专项2020年度项目申报指南

为落实《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006—2020年)》以及《“十三五”国家科技创新规划》《能源技术革命创新行动计划(2016—2030年)》《能源技术创新“十三五”规划》《可再生能源中长期发展规划》等提出的任务,国家重点研发计划启动实施“可再生能源与氢能技术”重点专项。根据本重点专项实施方案的部署,现发布2020年度项目申报指南。

本重点专项总体目标是:大幅提升我国可再生能源自主创新能力,加强风电、光伏等国际技术引领;掌握光热、地热、生物质、海洋能等高效利用技术;推进氢能技术发展及产业化;支撑可再生能源大规模发电平价上网,大面积区域供热,规模化替代化石燃料,为能源结构调整和应对气候变化奠定基础。专项按照太阳能、风能、生物质能、地热能与海洋能、氢能、可再生能源耦合与系统集成技术6个创新链(技术方向),共部署38个重点研究任务。专项实施周期为5年(2018—2022年)。

2016—2018年本重点专项在6个技术方向启动实施54个项目。统筹考虑本重点专项实施方案以及过往相关的立项情况,地热能与海洋能、生物质能方向均已部署覆盖;结合新形势下本领域科技发展需要,2020年拟在氢能、太阳能、风能、可再生能源耦合与系统集成技术4个技术方向启动14~28个项目,拟安排国拨经费总概算为6.06亿元。基础研究类项目,自筹经费总额与国拨经费总额比例不低于1:2;共性关键技术类项目,自筹经费总额与国拨经费总额比例不低于1.5:1;应用示范类项目,由企业牵头申报,自筹经费总额与国拨经费总额比例不低于3:1。

项目申报统一按指南二级标题(如1.1)的研究方向进行。除特殊说明外,拟支持项目数均为1~2项,实施周期不超过3年。申报项目的研究内容须涵盖该方向(或子方向)标题下指南所列的全部考核指标。基础研究类项目,每个项目下设课题数不超过4个,参与单位总数不超过6家;其他类项目,每个项目下设课题数不超过5个,参与单位总数不超过10家。项目设1名项目负责人,项目中每个课题设1名课题负责人。指南中“拟支持项目数为1~2项”是指:在同一研究方向下,当出现申报项目评审结果前两位评分评价相近、技术路线明显不同的情况时,可同时支持这2个项目。2个项目将采取分两个阶段支持的方式。第一阶段完成后将对2个项目执行情况进行评估,根据评估结果确定后续支持方式。

1.氢能

1.1车用耐高温低湿质子膜及成膜聚合物批量制备技术(共性关键技术类)

研究内容:针对车用氢燃料电池的要求,重点突破高温低湿条件下应用的质子交换膜的产业化技术,具体包括:开发全氟共聚功能单体合成及成套工程装备技术;高交换容量全氟质子聚合物制备技术;全氟质子交换聚合物高纯单分散溶液制备技术;气体传递和自由基作用机理研究;高机械强度、高化学稳定性全氟质子交换膜连续制备技术与装备,全氟质子膜在燃料电池中的应用。

考核指标:全氟质子聚合物离子交换容量(IEC)≥1.3mmol/g,全氟质子交换聚合物分散粒径≤200nm;全氟质子膜厚度≤18μm、偏差≤±5%(采样面积≥300cm2),离子电导率≥0.1S/cm(95℃,60RH%)、0.04S/cm(120℃,30%RH),电子电阻率>1000Ωcm2,渗氢电流≤2mA/cm2,允许最高运行温度≥100℃,强度≥45MPa,纵横向溶胀率≤3%,OCV测试氟离子释放率≤0.7μg/cm2/h、循环OCV次数≥90,产能≥20万m2/年,成本≤500元/m2,金属离子含量≤20ppm。

1.2碱性离子交换膜制备技术及应用(基础研究类)

研究内容:研发高性能碱性聚电解质膜连续制备工艺,酸碱双性膜及电解水制氢,高效电化学合成氨及分解氨反应系统,直接氨燃料电池等应用技术。

考核指标:碱性离子电导率≥0.04S∙cm-(125℃)和≥0.14S∙cm-1(80℃),氢气透过率≤0.02mL∙min-1∙cm-2,机械强度≥20MPa,纵横向溶胀率≤10%,氢氧燃料电池工作1000h膜材料无降解(80℃)、阳离子降解≤5%(1MNaOH中80℃下浸泡5000h),膜连续制备的幅宽≥0.2m,厚度≤25μm(偏差≤±2μm);酸碱双性膜水电解单体模块产氢≥10Nm3/h,制氢纯度≥99.99%,电耗≤4.1kWh/Nm3H2;电解制氨法拉第效率>20%,实现kg级系统集成;氨反向电化学分解效率>95%;直接氨燃料电池≥150mW/cm2@0.3V,常压,80℃。

1.3扩散层用炭纸批量制备及应用技术1(共性关键技术类)

研究内容:针对质子交换膜燃料电池批量、低成本需求,突破支撑层用炭纸及气体扩散层(GDL)批量制备技术与装备。具体包括:开发炭纸用炭纤维工程化工艺与装备,研发炭纸用改性粘合剂,开发炭纸石墨化工艺与装备,研发表面疏水处理等后处理材料及工艺技术,根据“气—液—电—热”传输与支撑性能要求,开发出系列炭纸;研发炭纸复合微孔层(MPL)强化传输技术,开发可在线监测与反馈的GDL制备工艺与装备;开展运行工况下相关可靠性及耐腐蚀性研究。

考核指标:炭纸可控厚度80μm~190μm、偏差≤±1.5%(采样面积≥40cm×40cm),孔隙率≥75%,密度0.3g∙cm-3~0.45g∙cm-3,垂直向透气率≥2000mL∙mm/(cm2∙h∙mmAq)、垂直向电阻率≤65mΩ∙cm、平行向电阻率≤4mΩ∙cm、接触电阻≤5mΩ∙cm2,弯曲强度≥10MPa、弯曲模量≥10GPa、拉伸强度≥25MPa,导热系数(干态):垂直≥1.7W/(m∙K)、平行≥21W/(m∙K),产能40万m2/年;MPL中孔径可控精度±10nm,表面粗糙度≤7μm;GDL可控厚度80μm~250μm、偏差≤±1.5%,可控接触角≥145o。

1.4车用燃料电池催化剂批量制备技术(共性关键技术类)

研究内容:针对车用燃料电池催化剂对耐久性和一致性的技术要求,突破具备高动态工况耐受能力、兼具高性能/抗中毒特征的铂基催化剂及其百公斤级批量制备技术。具体包括:研发氧还原活性提高技术,贵金属用量降低技术,高电位循环耐久技术,抗氢气杂质(CO、含硫化合物)污染技术;开发高一致性、低杂质含量催化剂工艺配方及批量化制备技术,研发可规模化生产的催化剂纳米合成工艺,孔径分布合理、催化剂易于高分散担载、成本低廉的先进功能载体处理技术,以及催化剂工业化制备技术与装备。

考核指标2:催化剂初始氧还原质量比活性≥0.35A/mgPt@0.9VIR-free,催化剂电化学活性面积≥60m2/g,耐久性①0.6V~0.95V≥3万次循环质量活性衰减率≤40%、电化学活性面积衰减率≤40%,耐久性②1.0V~1.5V≥5000次循环质量活性衰减率≤40%、电化学活性面积衰减率≤40%,氢气杂质耐受性①CO导致的催化剂质量活性衰减≤30%(0.1MHClO41000ppmCO/H2),并且催化剂在膜电极中性能衰减≤10mV(在1A/cm2,1ppmCO/H2,24h);②硫化物导致的催化剂活性面积衰减≤30%(0.36ppmH2S,24h),在膜电极中性能衰减≤30mV(在1A/cm2,0.004ppmH2S,24h)。产能≥2000g/批次、≥200kg/年,粒径及性能偏差≤±8%,Cl-含量小于50ppmwt,Fe含量小于50ppmwt,2参照NEDO或DoE相关规程,除非特殊说明量产成本≤(Pt现货价格·PGMwt%+100)元/g。批次样品可供第三方在产线采集、评估,提供项目外客户应用证明。

1.5质子交换膜燃料电池极板专用基材开发(共性关键技术类)

研究内容:针对质子交换膜燃料电池用极板的可加工性、耐蚀性技术要求,研发具备特殊微结构、高耐蚀、低电阻专用超薄基材及其批量制备工艺。具体包括:高耐蚀、低电阻、易于精密成型的不锈钢和钛合金基材,及高强度与弹性、高致密与导电性、超薄复合石墨极板,其成份设计、混合熔铸、组织调控与前后处理技术,及其可连续工业级制备技术与装置的研发;基材耐蚀、导电、可成形性综合性能评估;超薄基材极板试制及寿命快速评估方法研究。

考核指标:不锈钢与钛合金薄板基材厚度50μm~150μm、偏差≤±4μm,抗弯强度≥25MPa,初始:接触电阻≤3mΩ∙cm2@1.4MPa(接触炭纸)、腐蚀电流≤5.00×10-7A/cm2@80℃(0.5M硫酸+5ppmF-溶液),10000小时工况后:接触电阻≤8mΩ·cm2@1.4MPa、腐蚀电流≤10.00×10-7A/cm2@80℃,湿热循环测试后无腐蚀、无变形,产能≥1000吨/年,延伸率:不锈钢≥55%、钛合金≥30%,体相电阻率:不锈钢≤0.075mΩ·cm、钛合金≤0.17mΩ·cm,成本:不锈钢≤25元/kg,钛合金≤150元/kg;超薄复合石墨板厚度≤1.4mm、最薄处厚度0.1mm~0.3mm,平面度≤10μm,电导率≥150S/cm,透气率≤2×10-8cm3(cm2∙s)-1,工作压力≥1bar(g),弯曲强度≥50MPa,接触电阻≤10mΩ∙cm2,短堆工作5000h、性能降幅≤10%。

1.6车用燃料电池堆及空压机的材料与部件耐久性测试技术及规范(共性关键技术类)

研究内容:针对质子交换膜燃料电池的产业化过程质量控制的需求,开展电堆关键材料及系统部件耐久性、电磁兼容性测试技术及规范研究。具体包括:研究电堆运行过程中的健康诊断方法,进行实际验证;研究电堆关键材料(催化剂、膜、炭纸、极板基材、防腐涂层等)理化参数及核心部件(膜电极、双极板、密封件等)特性参数的测量方法、等效加速老化方法,建立关联数据库并形成规范;研发燃料电池系统用空压机关键性能、环境适应性、耐久性等加速测试技术,形成寿命预测与验证方法;研发车用燃料电池系统的电子控制单元离线电磁兼容辐射发射、传导发射、电磁场抗扰度、瞬态抗扰度、静电放电等测试技术,形成规范方法。

考核指标:车载电堆健康诊断装置对电堆氢渗检出率>90%;在5000小时测试的基础上,建立性能与耐久性评测方法、流程规范,包括:催化剂、质子膜、扩散介质、膜电极、双极板、密封件及短堆,形成特性/理化参数及其测量方法集合≥10类,基于工况衰变规律的寿命模型预测偏差≤10%;空压机耐久性测试方法加速系数≥15、偏差≤3%,研制的综合测试设备适应系统功率范围45kW~150kW;建立电磁兼容离线性能测试方法、流程规范,至少包括电子控制单元(ECU)、节电压巡检(CVM)、空压机控制器;建成的电磁兼容性测试平台,在燃料电池工作情况下:辐射发射测试能力达到18GHz,辐射抗扰度能力在400MHz至3000MHz范围内达到200V/m。

1.7公路运输用高压、大容量管束集装箱氢气储存技术(共性关键技术类)

研究内容:针对国内现有20MPa管束车储氢量小、运输成本高等问题,开展更高储存压力下的公路运输用大容量管束集装箱氢气储存技术研究。具体包括:高长径比、高压储氢瓶纤维缠绕设计与工艺;大容量内胆成型技术;使用工况下高压储氢瓶的失效机理研究与测试技术;满足道路运输法规要求的高压大容量管束集装箱体设计与集成技术;大容量高压储氢瓶试验方法和标准研究。

考核指标:储氢瓶公称工作压力≥50MPa,单瓶水容积≥450L,单瓶储氢密度≥5.5wt%,循环寿命≥15000次(水压充放循环试验压力10%(最大不超过3MPa)~150%公称工作压力);管束集装箱储氢量≥1000kg(符合道路运输法规要求),使用环境温度-40℃~60℃;形成相关储氢高压管束集装箱国家/行业产品标准送审稿。

1.8液氢制取、储运与加注关键装备及安全性研究(应用示范类)

研究内容:针对千辆级商用车集中运行对氢燃料制备、输配及加注的需求,开展氢气液化工艺、液氢储运和液氢存储—气氢加注站的相关研究。具体包括:高效正仲氢转化、液氢温区高真空多层绝热技术研究;液氢储罐和运输用液氢槽罐的研制;大规模氢气液化工艺流程开发和优化;氢气液化过程量化风险分析、安全防护、预警和应急分析;液氢加氢站工艺流程开发及布局优化;气氢与液氢加氢站风险、安全及经济性量化对比分析。

考核指标:液化能力≥5吨/天单套装备,仲氢含量(Para-hydrogen,体积分数)≥95%,氢气液化能耗≤13kWh/kg,液氢纯度(摩尔分数)≥99.97%;储存用液氢储罐容积≥300m3,液氢静态日蒸发率≤0.25%/天,维持时间≥30天;运输用液氢槽罐≥40m3,液氢静态日蒸发率≤0.73%/天,维持时间≥12天,真空寿命≥5年;开发具备35MPa和70MPa加注能力液氢储存气态加注站工艺包,站内液氢储量≥500kg,峰值加氢能力≥500kg/天,氢气加注能耗≤2.50kWh/kg-H2;完成两种氢气储存类型加氢站的泄漏监测、安全运行和经济性评价示范项目。

1.9醇类重整制氢及冷热电联供的燃料电池系统集成技术(共性关键技术类)

研究内容:针对高效、环保、长寿命分布式供能系统应用需求,开展燃料电池冷—热—电联供系统的关键技术研发。具体包括:用于分布式供能的醇类重整制氢系统技术;质子交换膜燃料电池的空气在线净化技术;质子交换膜燃料电池冷—热—电联供系统技术;固体氧化物燃料电池热电联供系统技术;燃料电池冷—热—电联供系统模拟仿真、系统集成优化及能量管控技术。考核指标:全自动甲醇重整制氢集成系统产氢能力≥30Nm3/h、效率≥85%LHV,氢气中CO≤0.2ppm、总硫≤4ppb,冷态自启动时间≤30min,动态负荷调节能力≥50%;空气在线净化系统SO2、NO2、VOC、甲醛、O3脱除率≥95%,NH3脱除率≥80%(污染物基准浓度1ppm),PM10以下大气气溶胶脱除率≥99%,无故障运行时间≥1500h;冷热电联供的质子交换膜燃料电池系统额定发电功率≥30kW,发电效率≥50%,70℃余热条件下、制冷效率≥40%,系统供电制冷效率≥70%LHV,连续运行≥3000h;基于重整合成气为燃料的固体氧化物燃料电池热电联供系统额定发电功率≥30kW、发电效率≥55%(DC,LHV),热电联供总效率≥85%,连续运行≥1000h。

2.太阳能

2.1万小时工作寿命的钙钛矿太阳电池关键技术(基础研究类)

研究内容:针对高稳定性钙钛矿太阳电池技术要求,开展电池性能退化机制与评价方法、电池关键功能层和器件的设计与制备研究。具体包括:钙钛矿光吸收材料本征稳定性研究;高性能钙钛矿光吸收层稳定化设计与制备;高性能电荷传输层稳定化设计与制备;加速老化条件下器件退化机制与评价方法;高稳定性器件制备工艺和技术;稳定器件一致性控制技术。

考核指标:器件最高效率≥20%(面积≥0.5cm2),在50±10℃、AM1.5G(1000W/m2)模拟太阳光条件下最大功率点持续输出10000小时,器件效率衰减≤20%;开发出具有高稳定性的钙钛矿光吸收层和电荷传输层,在85℃、AM1.5G(1000W/m2)加速老化1000小时条件下,主要光电性能衰减≤5%;在85℃、AM1.5G(1000W/m2)加速老化1000小时条件下,器件效率衰减≤10%;在光照/黑暗交替加速老化条件下循环1000次,循环周期≥20分钟,器件效率衰减≤10%;在-40℃~80℃之间冷热交替、极端温度下保持≥10分钟的加速老化条件下循环200次,器件效率衰减≤10%;小批量器件样品数≥30,以在85℃、AM1.5G(1000W/m2)加速老化1000小时条件下器件效率衰减≤10%为标准,不合格率≤20%。

有关说明:实施周期不超过4年。

2.2高效、低成本晶体硅太阳电池关键技术研究(共性关键技术类)

研究内容:面向太阳电池高效率、强稳定性和低成本的需求,进行晶体硅电池新材料与结构技术和相关核心设备的开发。具体包括:开发满足高效晶体硅材料生长的热场技术及设备;研究硅衬底中杂质和缺陷的形成机理及对稳定性的影响;PN结形成方式和特性对电池效率及稳定性的影响关系;高效电池成套制备技术及接触钝化沉积等核心装备技术;相关新材料与电池技术标准(含晶体硅材料与电池产品规范及关键制造设备标准等)。

考核指标:开发出满足大尺寸硅晶体稳定生长的热场,单个硅晶体重量≥1300公斤,有效抑制晶体中孪晶的产生,整晶体中单晶占比≥90%,平均位错密度≤1×105/cm2,平均少数载流子扩散长度≥500μm;批次稳定大面积(156×156mm2以上)电池正面光电转化效率25%以上,在75oC下电池的热辅助光致衰减(LeTID)≤0.5%;开发出单台年产能>50MW的接触钝化沉积核心电池制造装备。

3.风能

3.1新型高效风能转换装置关键技术(基础研究类)

研究内容:面向我国高空、海上等风资源多元化利用需求,研发不同电网连接方式下兆瓦级概念创新型高效风能转换装置。具体包括:风能转换装置的新概念、新机理和高效能量转换关键技术;开展关键系统及设备可行性研究,提出概念设计方案、样机试制及其系统平台验证的实施方案;微网、离网或并网条件下新型风力发电系统智能控制和能量综合利用关键技术。

考核指标:完成兆瓦级创新型高效风能转换装置概念设计,建立数字虚拟仿真模型,理论最大风能转换效率CPmax≥0.5,能量综合利用效率≥40%,设计寿命≥25年;完成样机试制,关键零组件可行性论证及测试方法通过第三方评估;并网型可连续运行≥7天,微网或离网型可连续运行≥14天。

3.2大型柔性叶片气动弹性设计关键技术(共性关键技术类)

研究内容:针对大型风电叶片的设计需求,研究大型柔性叶片气动弹性设计关键技术,自主建立大型柔性叶片动态仿真模型和设计方法。具体包括:湍流风况下大型柔性风电叶片气动—结构耦合动态响应模拟和测试技术;大型柔性叶片气弹稳定性机理和破坏性颤振预测技术;大型柔性风电叶片被动降载和颤振控制技术;基于气弹耦合效应的大型叶片高效、低载、轻量化设计技术。

考核指标:自主开发风电叶片动态仿真软件1套,通过测试验证,动态变形和动态载荷计算误差≤15%;提出适用于大型柔性风电叶片颤振的工程判据,通过实验或测试验证并形成工具包1个,颤振速度预测误差≤15%;叶根疲劳载荷降低≥3%,叶根极限载荷降低≥5%,颤振边界≥风轮额定转速的120%;耦合气动弹性关键技术,自主开发大型柔性叶片设计软件1套,满足90m~120m叶片设计需求,并应用于100m级风电叶片设计,所设计叶片需通过第三方设计评估,并完成样片研制,最大风能吸收效率CPmax≥0.49,相对于同级别叶片减重≥2%。

4.可再生能源耦合与系统集成技术

4.1可离网型风/光/氢燃料电池直流互联与稳定控制技术(共性关键技术类)

研究内容:针对风能、太阳能与氢能多元耦合独立微网,着重突破氢能支撑的可离网型风/光/储/氢燃料电池直流互联系统安全、稳定、经济运行的关键技术。具体包括:氢能支撑的可离网型风/光/储/氢燃料电池直流互联系统及部件参数优化匹配设计技术;氢能与电池混合储能技术,包含高效制氢、储氢及向加氢站供氢单元,高效燃料电池发电及废热综合利用单元;大功率高效率直流变换器技术,包含电解水制氢和氢燃料电池发电直流变换技术;电—热—氢综合能量管理技术,包含新能源汽车并网互动响应技术、离网充电冲击控制技术。

考核指标:形成总体技术示范平台:满足不少于10辆氢能燃料电池汽车加氢、50辆纯电动汽车直流快充冲击需求,发电能力≥2MW,直流互联电压等级≥10kVdc,直流互联系统效率≥95%,供热能力≥100kW,制氢、供氢规模≥100kg/天,可离网连续运行≥168h(运行负荷不低于300kW);开发氢能与电池混合储能系统,电池储能≥1MW/500kWh,储氢能力≥200kg、氢气纯度≥99.99%,氢燃料电池发电≥150kW、热电综合利用效率≥80%;直流变换器0~90%电流响应时间≤10ms,输出电压纹波≤5%;微网监控与能量管理系统可支持监测点≥100个,数据采集频率≥1Hz,控制指令响应时间≤100ms。

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来源:科技部

 

2020年3月25日 09:49
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