3.“可再生能源与氢能技术”重点专项2018年度项目申报指南.pdf

附件 3 “可再生能源与氢能技术”重点专项 2018 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 2018 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。 本重点专项按照太阳能、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） 。 按照分步实施、重点突出的原则，2018 年拟在 6 个技术方向 启动 32~64 个项目，拟安排国拨经费总概算为 6.565 亿元。凡企 — 1 — 业牵头的项目须自筹经费，自筹经费总额与国拨经费总额比例不 低于 1:1，应用示范类项目自筹经费总额与国拨经费总额比例不 低于 2:1。 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。项目实施周期不超过 4 年。申报项目的研究内容须涵盖该二级标题下指南所列的全部考 核指标。项目下设课题数原则上不超过 5 个，每个课题参研单位 原则上不超过 5 个。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. 太阳能 1.1 钙钛矿/晶硅两端叠层太阳电池的设计、制备和机理研究 （基础研究类） 研究内容：为探索新型高效低成本叠层太阳电池技术，开展 钙钛矿/晶硅两端叠层太阳电池的结构设计、器件制备及其机理的 基础研究。具体包括：叠层电池能带匹配设计与光电特性优化； — 2 — 叠层电池载流子输运机制及稳定性机理研究；叠层电池低光电损 耗隧穿结和高效陷光结构设计与实现；低温低离子轰击透明导电 薄膜沉积机理及制备技术；叠层电池模块与百瓦户外系统设计与 验证。 考核指标：获得低光电损耗隧穿结设计方案，阐明叠层电池 载流子输运机制；获得可实用化的钙钛矿/晶硅叠层电池制备技术 途径；钙钛矿/晶硅两端叠层太阳电池效率≥23%（面积≥0.5cm2） 、 ≥18%（面积≥10cm2 ）；透明钙钛矿太阳电池效率≥16%（面积 ≥0.5cm2） ；建成百瓦级叠层电池户外验证系统。 1.2 柔性衬底铜铟镓硒薄膜电池组件制备、关键装备及成套 工艺技术研发（共性关键技术类） 研究内容：为解决柔性衬底薄膜电池及组件产业发展的技术 瓶颈，开展基于柔性衬底高效率铜铟镓硒薄膜电池组件关键装备 及共性关键技术研究。具体包括：大面积均匀铜铟镓硒有源层及 其功能层薄膜制备和工艺优化；柔性衬底元素扩散及其对电池性 能影响；铜铟镓硒薄膜电池封装工艺及产品研发；铜铟镓硒薄膜 电池和组件的成套工艺技术，柔性组件光衰机制及对长期可靠性 影响研究；大面积柔性铜铟镓硒薄膜电池卷对卷关键装备。 考核指标：实现铜铟镓硒薄膜电池卷对卷柔性衬底清洗、有 源层和功能层制备等关键装备国产化，完成成套工艺技术研发和 — 3 — 示范线建设，实验室柔性电池效率≥21%（面积 0.5cm2） ，示范线 量产柔性薄膜电池组件平均效率≥16.50%（面积 0.5m2） ，建成年 产能 10MW 柔性衬底铜铟镓硒薄膜电池示范生产线，设备国产化 率达到 80%，原材料国产化率达到 90%，建立 100kW 组件示范 电站。 1.3 高效 P 型多晶硅电池产业化关键技术（共性关键技术类） 研究内容：为解决高效率低成本多晶硅太阳电池产业发展的 技术瓶颈，开展高效 P 型多晶硅电池产业化关键技术研究。具体 包括：高效多晶硅电池结构设计和仿真技术、高陷光多晶硅电池 绒面制备技术；电池表面低复合钝化技术、新型 PN 结/背场结构 的设计和制备技术；高效 P 型多晶硅电池效率衰减控制技术；研 制先进高陷光制绒等关键装备；高效 P 型多晶硅太阳电池和组件 量产成套工艺检测技术和标准。 考核指标：完成基于先进结构的 P 型多晶硅电池关键技术研 究和示范线建设，实验室电池（面积 400mm2 ）最高正面效率 ≥22.50%；示范线量产电池（尺寸＞156mm×156mm）正面平均效 率≥21.50%、年产能≥80MW，电池成本≤1.4 元/Wp；先进高陷光 制绒等关键装备实现国产化并应用于示范线，示范线设备国产化 率超过 80%；建成容量不小于 500kWp 示范电站；形成不少于 2 项技术标准草案，申请发明专利 5 项以上。 — 4 — 1.4 可控衰减的 N 型多晶硅电池产业化关键技术（共性关键 技术类） 研究内容：针对进一步提升多晶硅电池转化效率、降低成本 的需求，开展可控衰减的 N 型多晶硅电池产业化关键技术研究。 具体包括：N 型多晶硅电池衰减机制和衰减控制技术；N 型多晶 硅锭均匀掺杂和缺陷控制技术；N 型多晶硅电池双面钝化材料、 结构和工艺技术、低接触电阻金属化技术；研制高效均匀掺杂 N 型硅铸锭炉等关键装备；可控衰减的 N 型多晶硅太阳电池和组件 量产成套关键工艺检测技术和标准。 考核指标：完成可控衰减的高效 N 型多晶硅电池关键技术研 究和示范线建设，实验室电池（面积 400mm2 ）最高正面效率 ≥22.50%；示范线量产电池（尺寸＞156mm×156mm）正面平均效 率≥21.50%、年产能≥45MW、电池成本≤1.5 元/Wp；N 型硅铸锭 炉等关键装备实现国产化并应用于示范线，示范线设备国产化率 超过 80%；建成容量不小于 500kWp 示范电站；形成不少于 2 项 技术标准草案，申请发明专利 5 项以上。 1.5 双面发电晶硅电池产业化关键技术（共性关键技术类） 研究内容：针对我国光伏发电对高功率组件的需求，开展高效 双面发电同质结晶硅电池产业化关键技术研究。具体包括：先进双 面电池结构设计和仿真技术，可同时实现双面高效率的电池前/背面 — 5 — 钝化技术；适合于高效双面电池 PN 结/背场形成的精密掺杂技术； 电池前/背面低接触电阻金属化技术；研制双面电池用高效硼掺杂等 关键装备；双面发电晶硅电池和组件量产成套工艺技术。 考核指标：完成高效双面发电晶硅电池产业化关键技术研究 和示范线建设，实验室晶硅双面电池最高效率（正面效率，面积 400mm2）≥24%；示范线双面电池平均效率（正面效率，尺寸 156mm×156mm 准方形）≥23%、电池双面效率比≥90%、年产能 ≥45MW、电池成本≤1.7 元/Wp；高效硼掺杂等关键装备实现国产 化并应用于示范线，核心设备国产化率达到 80%；建成容量不小 于 500kWp 示范电站，相比单面组件发电量增益≥20%；形成不少 于 2 项技术标准草案，申请发明专利 5 项以上。 1.6 晶硅光伏组件回收处理成套技术和装备（共性关键技术 类） 研究内容： 针对我国晶硅光伏组件寿命期后大规模退役问题， 研究光伏组件环保处理和回收的关键技术及装备，实现主要高价 值组成材料的可再利用。具体包括：各种组件低成本绿色拆解技 术、构成组件各种材料的高效环保分离技术；新型材料及新结构 组件的环保处理技术和实验平台；组件低损拆解及高价值组分材 料高效分离等关键装备；晶硅光伏组件环保处理成套工艺技术； 光伏组件回收政策、标准和评价体系。 — 6 — 考核指标：分别建成基于物理法和化学法的晶硅光伏组件环 保处理的成套工艺示范线，每条示范线产能≥10MW/年、质量回 收率≥92%，能耗≤27kWh/kW 组件，银回收率≥93%、硅回收率 ≥95%、铜回收率≥97%；形成光伏组件环保处理技术路线图、绿 色评价方法、标准和政策机制建议。 1.7 新型光伏中压发电单元模块化技术及装备（共性关键技 术类） 研究内容：为突破高效率、低成本大型光伏电站新型模块化 系统及装备技术瓶颈，开展光伏中压发电单元模块化技术及装备 研究。具体包括：新型光伏中压电力电子装置拓扑结构、电磁兼 容及建模仿真技术；高效直流升压 MPPT（最大功率点跟踪）控 制器关键技术；中压并网逆变器关键技术；新型光伏中压发电单 元模块化设计及系统集成优化技术；新型光伏中压发电单元示范 及实证研究。 考核指标：MPPT 控制器额定功率≥80kW；中压并网逆变器 单机额定功率≥5MW，并网电压≥35kV，最高效率≥98%；示范工 程容量≥10MW。 1.8 分布式光伏系统智慧运维技术（共性关键技术类） 研究内容： 针对分布式光伏规模化发展所面临的运维难度大、 成本高、效率低等问题，开展分布式光伏智慧运维关键技术研究。 — 7 — 具体包括：大规模分布式光伏系统、部件运维数据及电能质量、 故障录波数据实时采集及存储技术；光伏支路、逆变器实时监测、 故障诊断、异常状况预警和系统火灾预警技术；光伏组件热斑、 隐裂等缺陷诊断分析技术；分布式光伏智能运维、巡检技术、安 全生产可穿戴智能巡检装备；分布式光伏智慧运维大数据云平台 研制。 考核指标：智慧运维大数据云平台可接入分布式光伏系统 ≥1000 个，可用率≥99%；智慧运维示范系统接入分布式光伏系统 ≥100 个，总容量≥20MW，异常预警准确率≥80%，组件缺陷诊断 有效率≥80%。 1.9 典型气候条件下光伏系统实证研究和测试关键技术（共 性关键技术类） 研究内容： 开展典型气候条件下光伏系统及部件高性能仿真、 户外测试和实证平台集成研究，为我国建立国际互认的第三方公 共平台提供支撑。具体包括：关键气候因素对光伏系统影响研究 和建模技术；考虑多物理场（辐照、温度、风速、载荷等）的大 型光伏系统高性能仿真和虚拟现实设计技术；典型气候条件下光 伏系统实证平台模块化设计集成和灵活重构技术；典型气候条件 下光伏组件、逆变器及系统能效测试技术；典型气候条件下光伏 组件、逆变器及系统实证技术规范和标准体系研究。 — 8 — 考核指标：大型光伏系统仿真设计平台可设计系统规模 ≥1GW，可仿真物理场≥4 种；典型气候条件（湿热、亚湿热、干 热、暖温、海洋、寒温、高原）下光伏系统实证平台≥7 个，每个 平台实证测试容量≥5MW 并包括光伏组件、新型逆变器户外测试平 台；光伏组串伏安特性测试电压等级≥1500V，光伏组件能效测试不 确定度≤2.5%，光伏系统能效测试不确定度≤5%，不确定度分量≥6 个；形成光伏关键部件及系统实证技术规范和测试标准体系。 1.10 超临界 CO2 太阳能热发电关键基础问题研究（基础研究 类） 研究内容：针对太阳能热发电提高效率与降低成本的需求， 研究超临界 CO2 太阳能热发电的聚光/集热/储热/发电部分关键器 件及系统集成理论和方法。具体包括：与聚光场耦合的非均匀能 流下高温高可靠吸热器工作原理及设计方法；高温储热方法、储 热装置动态失效与可靠运行机理；非稳态变物性超临界 CO2 与储 热介质的湍流换热特性及换热器设计方法；适于超临界 CO2 太阳 能热发电系统的压气机与透平工作原理及设计方案；超临界 CO2 太阳能热发电系统的光热耦合原理与集成优化。 考核指标：提出超临界 CO2 太阳能热发电的集热/储热/换热/ 发电系统设计方法；研究超临界 CO2 太阳能热发电技术，高效聚 光器/聚光场在吸热器表面能流密度达到 600kW/m2 以上，太阳能 — 9 — 吸热器输出吸热介质温度大于 700℃，集热功率不低于 800kW， 系统可连续运行产生 550℃以上超临界 CO2，建成发电功率不小 于 200kW 的超临界 CO2 太阳能热发电实证平台。 2. 风能 2.1 风力发电复杂风资源特性研究及其应用与验证（基础研 究类） 研究内容：研究我国典型地形和台风影响地区的风资源特性 及其数值分析方法，为风电设计软件提供合理的输入条件。具体 包括：典型地形和台风影响地区距地面 300 米高度内湍流风特性 时空变化特征及其形成机理；大型风电机组和风电场设计湍流风 参数分类及测量方法；典型地形的风电场风资源计算流体力学 （CFD）模式；台风影响下的风电场极端风况 CFD 模式；风电场 非定常湍流风场的多尺度耦合数值模拟方法。 考核指标：典型地形和台风影响地区的湍流风特性分类指标 库及其测量与计算方法指南；典型地形风电场选址风资源评估软 件，并选取至少 4 种典型地形风电场进行验证；台风影响地区风 电机组风险评估软件预测值与观测最大风速对比误差小于 10%， 并选取已建沿海风电场进行验证。 2.2 15MW 风电机组传动链全尺寸地面试验系统研制（共性 关键技术类） — 10 — 研究内容：针对我国缺乏大型风电机组第三方全尺寸公共试 验系统以及海上风电机组研发测试的迫切需求，研制 15MW 风电 机组传动链全尺寸地面试验系统。具体包括：风电机组传动链全 尺寸地面试验系统多参量耦合机理及典型工况提取方法；大型风 电机组全工况仿真及虚拟测试技术；传动链全尺寸地面试验系统 运行控制与数据采集分析技术；传动链全尺寸地面试验系统研制 与集成；大型风电机组传动链全尺寸试验技术。 考核指标：传动链全尺寸地面试验系统可测试的风电机组最 大额定容量 15MW，可模拟 6 自由度风载荷并具备传动链及关键 部件的功能、性能及疲劳寿命试验能力；地面试验系统全工况仿 真和虚拟测试平台；全尺寸地面试验系统运行控制系统；选取至 少 1 台不低于 6MW 的风电机组进行传动链全尺寸地面试验验证； 形成大型风电机组全尺寸、全工况试验测试标准及规范。 2.3 大型海上风电机组叶片测试技术研究及测试系统研制 （共性关键技术类） 研究内容：针对大型海上风电机组第三方叶片测试需求，开 展 120 米级风电叶片全尺度结构力学测试技术体系研究。具体包 括：叶片全尺度静力测试与双自由度疲劳测试技术；叶片破坏评 价与分析技术；叶片运行工况实时仿真技术及双自由度加载控制 技术；叶片全运行周期内结构安全性验证测试技术要求与准则； — 11 — 满足 120 米级叶片全尺度结构力学测试系统研制。 考核指标：建立 120 米级叶片测试技术体系，其中静态载荷 协同加载技术可实现载荷偏差率≤5%；双自由度疲劳加载技术可 实现叶片挥舞、摆振方向的耦合疲劳测试；建立适用于大型海上 风电机组 120 米级叶片的公共测试系统，具备多点协同静力加载 能力与双自由度疲劳加载能力；可实现极限载荷≥120000kNm 和 疲劳载荷≥60000kNm；形成叶片全运行周期内结构安全性验证测 试相关标准；完成 1 项 100 米级叶片测试工作。 2.4 大型海上风电机组及关键部件优化设计及批量化制造、 安装调试与运行关键技术（共性关键技术类） 研究内容：为满足海上规模开发风电的需求，基于已经安装 运行的 5MW 及以上风电机组样机及国内自主研制的关键部件， 开展大型海上风电机组及关键部件优化设计、制造、安装调试运 行全链条关键技术研究，并应用验证。具体包括：大型海上风电 机组优化设计技术，整机批量组装专用工艺、台架试验技术；主 控、变流器、变桨、监控系统协同优化控制及批量化制造工艺技 术和检测装备；叶片及传动链关键部件的优化设计及批量制造工 艺和检测技术；机组及部件智能运输、现场批量安装调试运行工 艺技术和检测装备；海上风电机组及主要部件相关标准规范。 考核指标：海上直驱和增速型 2 种风电机组（≥5MW）取得 — 12 — 整机型式认证，所用叶片、电控（主控、变流器、变桨距） 、发电 机、增速型风电机组的齿轮箱等主要部件实现国产化；整机及电 控等主要部件至少在 10 万千瓦以上风电场实现技术验证，并网 运行时间 1 年以上，平均故障间隔时间>3000h；完成整机集成全 套工艺及台架试验平台研发；完成现场安装调试运行相关工艺及 检测平台研制；形成大型海上风电机组及关键部件相关技术规范 和测试标准体系。 3. 生物质能 3.1 纤维素类生物质生物、化学、热化学转化液体燃料机理 与调控（基础研究类） 研究内容：针对制约纤维素类生物质转化液体燃料效率的基 础性问题，开展纤维素类生物质生物、化学、热化学转化机理与 调控机制研究。具体包括：纤维素混合糖共代谢机制与基因调控； 纤维素乙醇（丁醇）高产机理与动力学模型；纤维素类生物质化 学催化转化液体燃料机理及调控；生物质气化调变、合成气催化 净化、重整催化制备液体燃料的转化机制；分子层面的纤维素类 生物质多组分耦合热分解机理及产物定向调控机制。 考核指标：揭示纤维素类生物质混合糖发酵乙醇（丁醇）机 理，提出高效转化新途径。纤维素混合糖乙醇（丁醇）转化率≥90%； 纤维素类生物质转化为车用液体燃料能量转化率≥37%，转化为航 — 13 — 空用液体燃料能量转化率≥28%。 3.2 纤维素类生物质催化制备生物航油技术（共性关键技术 类） 研究内容：针对纤维素类生物质生物航油转化效率低、经济 性差的问题，开展纤维素类生物质转化生物航油技术工艺研究。 具体包括：纤维素类生物质高效水热定向解聚技术；解聚产物碳 链调控与加氢催化制备长链烷烃技术；木质素水热液化加氢提质 制取芳烃及环烷烃技术；纤维素类生物质制取生物航油关键技术 工程验证；生物航油全生命周期评价。 考核指标： 构建纤维素类生物质制取生物航油工艺技术体系。 催化剂寿命≥4000h，纤维素和半纤维素制备生物航油转化率 ≥85%，生物航油成本≤9000 元/吨，完成纤维素类生物质制取生物 航油千吨级示范生产线运行验证；生物航油油品质量达到生物航 油标准（ASTM-D7566）要求，完成生物航油发动机台架试验。 3.3 纤维素类生物质水（醇）解制备酯类燃料联产化学品技 术（共性关键技术类） 研究内容：针对纤维素类生物质转化酯类燃料过程中全组分 高效利用的关键问题，研究清洁高效酯类燃料制取联产高附加值 化学品的共性技术与工艺途径，实现纤维素类生物质全组分高效 利用。具体包括：纤维素类生物质组份清洁分离预处理技术；分 — 14 — 离组分催化水（醇）解制备酯类燃料联产高附加值化学品技术； 水（醇）解酯化产物低能耗高效分离技术；纤维素类生物质水（醇） 解制备酯类燃料联产化学品关键技术工程验证；酯类燃料复配汽 油或柴油技术及全生命周期评价。 考核指标：构建纤维素类生物质组分清洁分离以及催化水 （醇）解制备酯类燃料联产高附加值化学品工艺技术体系。纤维 素类生物质清洁预处理分离过程不使用二次污染化学品，木质素 脱除率≥80%，纤维素水（醇）解酯类燃料转化率≥85%，纤维素 酯类燃料联产化学品综合成本≤7000 元/吨，完成纤维素酯类燃料 联产化学品千吨级示范生产线运行验证；在国六汽油或柴油中复 配 10%酯类燃料，其主要污染物排放下降 15%以上。 3.4 农业秸秆酶解制备醇类燃料及多联产技术与示范（应用 示范类） 研究内容：针对纤维素醇类燃料经济性差的问题，开展农业 秸秆制备醇类燃料及多联产的生物炼制技术研究与示范。具体包 括：农业秸秆原料高效清洁预处理及低成本纤维素酶制剂的制备 与复配技术；酶解糖化与乙醇、丁醇发酵耦合工艺，同时代谢五 碳糖和六碳糖技术；酶解糖液直接发酵乙醇、丁醇与分离耦合工 艺，超低能耗乙醇、丁醇膜法分离集成技术；农业秸秆制备燃料 乙醇、丁醇多联产生物炼制千吨级示范生产线；农业秸秆制备燃 — 15 — 料乙醇、丁醇，以及沼气、复合肥多联产万吨级示范生产线。 考核指标：吨燃料乙醇的酶制剂成本不高于 850 元，吨秸秆 燃料乙醇得率不低于 170kg，纤维素水解混合糖产丁醇、乙醇等 得率不低于 0.42g 溶剂/g 总糖，燃料乙醇综合成本≤7000 元/吨， 建立膜法分离集成的千吨级生物炼制示范生产线；建立农业秸秆 制备乙醇、丁醇年产 3 万吨以上示范生产线。 4. 地热能与海洋能 4.1 干热岩能量获取及利用关键科学问题研究（基础研究类） 研究内容：针对我国干热岩资源开发利用的需求，重点研究 干热岩能量获取及转换与高效利用中的关键科学技术问题。具体 包括：干热岩储层能量评价方法与靶区优选；干热岩能量获取（现 场压、控裂）方法与测井技术；现场微震监测及数据反演与人工 储层裂隙网络评价方法；流体在人工储层多物理场耦合流动传热 机理与取热速率优化方法；干热岩发电及综合利用技术方案与经 济性评价。 考核指标：优选 1~2 个地层温度≥180℃的干热岩开发靶区； 人工压裂体积≥1×106m3，储层渗透率提高 10 倍以上；人工压裂 后反演的裂隙网络尺度误差≤井深的 0.2%；多场耦合模型能量获 取的预测不确定度≤20%；干热岩人工储层的产热率≥2000kWth。 4.2 海洋能资源特性及高效利用机理研究（基础研究类） — 16 — 研究内容：针对自主创新海洋能技术的需求，研究海洋能资 源特性评估方法及高效利用机理。具体包括：重点海域海洋能资 源特性，海洋能装置与海洋环境耦合机制；低水头潮汐水力转换 机理，新型双向全贯流式潮汐发电原理；潮流能转换机理，新型 高效潮流能发电技术；波浪能转换机理，新型高效波浪能发电技 术；波浪能与潮流能装置和模型实验室及实海况测试技术方法与 验证；我国海洋能发展战略。 考核指标：建立海洋能资源评估方法体系，海洋能装置与海 洋环境耦合模型及验证；20kW 等级双向全贯流潮汐发电原理样 机，正向发电效率≥85%，反向发电效率≥75%；1kW 以上新型高 效潮流能发电技术，整机转换效率≥35%；1kW 以上新型高效波 浪能发电技术，整机转换效率≥18%；波浪能和潮流能装置实验室 及实海况测试方法，针对多种模型和装置开展测试及验证；2025 年我国海洋能发展路线图。 5. 氢能 5.1 太阳能光催化、光电催化和热分解水制氢基础研究（基础 研究类） 研究内容：面向高效低成本绿色制氢需求，研究太阳能光催 化、光电催化和热分解水制氢的理论与方法。具体包括：光催化 剂微结构对光吸收、光生载流子分离、输运的影响机制及高效光 — 17 — 吸收、宽光谱响应光催化制氢材料体系的构建；光催化制氢反应 器催化反应动力学及其与太阳能聚光系统耦合优化设计方法；光 电催化制氢多层复合界面间的协同作用和光生电荷在各层间的传 输机制及水分解反应动力学；高效聚焦太阳能催化光电分解水制 氢系统的构建及光热能综合利用；直接太阳能聚焦光热耦合分解 水制氢机理、制氢反应体系设计及系统构建。 考核指标：揭示光催化、光电催化分解水制氢构效关系和多 界面能量传递与损失机制；建立太阳能光催化、光电催化和热分 解水制氢反应器设计理论与方法；太阳能分解水制氢转化效率 ≥10%，稳定性≥3000h。 5.2 基于储氢材料的高密度储氢基础研究（基础研究类） 研究内容：面向高密度安全储氢需求，研究基于储氢材料的高 密度储氢理论和方法。具体包括：可逆氢化物吸/放氢热力学和动力 学调控机理及其双向催化对吸放氢动力学的改良机制；不可逆氢化 物可控催化放氢动力学及高集成度放氢系统的构建；储氢新材料的 创制及其吸/放氢新机理；储氢系统吸/放氢过程中的氢热耦合机理及 高密度设计方法；氢的高密度储运技术路线战略研究。 考核指标：阐明储氢材料吸放氢热力学和动力学调控机理及 其构效关系，建立高密度储氢系统设计理论及方法；研制的高密 度可逆储氢系统重量储氢密度≥5.0wt%；高集成的不可逆氢化物 — 18 — 可控放氢系统最大放氢密度≥6.0wt%；新一代高容量储氢材料重 量储氢密度≥7.0wt%。 5.3 高效固体氧化物燃料电池退化机理及延寿策略研究（基 础研究类） 研究内容：针对固体氧化物燃料电池（SOFC）发电过程的 长寿命运行关键科学问题开展研究。具体包括：多相、多组分、 多尺度、多物理场的燃料电池传热、传质过程及电化学过程；单 电池材料（电解质和电极）劣化和单电池性能衰减机理，单电池 结构和运行条件对单电池寿命影响及延寿策略； 电堆中高温密封、 金属连接体和界面接触材料的退化机理及稳定性研究；千瓦级电 堆的多物理场耦合模型以及电池温度场—应力场耦合效应与低 内应力长寿命电池结构设计；辅助系统（BOP）动静态分析与效 率优化的热电管控策略。 考核指标：提出电池传热、传质过程及电化学过程建模和仿 真方法；建立千瓦级电堆的多物理场耦合模型；完成长寿命电池 的结构设计和验证，单电池性能 0.6W/cm2@0.7V，短堆（500W） 发电效率≥60%（以天然气或合成气为燃料，在 300mA/cm2 电流 密度条件下） ，电效率衰减≤0.5%/千小时（不小于 5000h 测试） ； 完成 BOP 建模和动静态模拟仿真，提出效率优化与热电管控方 法。 — 19 — 5.4 基于低成本材料体系的新型燃料电池研究（基础研究类） 研究内容：针对现有燃料电池成本高技术瓶颈，开展低成本 材料体系燃料电池探索。具体包括：质子交换膜燃料电池离子导 体内高通量传输通道的可控构筑及化学稳定性影响机制；碱性离 子交换膜的阴离子传输机制与结构稳定性；高效氢氧化和氧还原 非贵金属催化剂的可控制备及电催化动力学；膜电极微纳结构设 计、可控构筑规律和界面演化机制；千瓦级廉价燃料电池堆的结 构设计、集成及性能验证。 考核指标：阐明新型高通量质子交换膜和碱性离子交换膜的 可控构筑规律；实现单张膜面积≥1m2、厚度均一的可控制备。新 型高通量质子交换膜离子电导率≥0.15Scm-1（25℃） ，碱性离子交 换膜离子电导率（25℃）≥0.06Scm-1 ；新型质子膜单电池寿命 ≥2000h（工作温度≥80℃） ，碱性离子交换膜单电池稳定工作时间 ≥1000h（80℃，以空气为氧化剂） 。完成以新型离子膜和非贵金 属催化剂构建的千瓦级电堆和验证（以空气为氧化剂） 。 5.5 MW 级固体聚合物电解质电解水制氢技术（共性关键技 术类） 研究内容：面向燃料电池汽车绿色氢源和利用可再生能源制 氢的应用需求，开展高效 MW 级固体聚合物电解质电解水制氢技 术研究。具体包括：高活性低成本长寿命电解水制氢催化剂、催 — 20 — 化电极微结构与制氢效率的构效关系；大面积高电流密度膜电极 制备技术；适于高工作压力双极板及高导电性、低流阻、抗腐蚀 的集电器制备技术；高压力、低电耗、高功率密度制氢模块集成 技术；适应宽功率波动的制氢系统及控制技术。 考核指标：形成高效固体聚合物电解质电解水制氢样机，样 机制氢功率≥1MW，额定工况下电解槽直流电耗≤4.1kWh/m3，系 统功率调节范围 20-150%，出口氢压≥3.5MPa。 5.6 质子交换膜燃料电池长寿命电堆工程化制备技术（共性 关键技术） 研究内容：针对质子交换膜燃料电池长寿命需求，研究长寿 命电堆工程化制备技术。具体包括：关键材料、膜电极以及双极 板理化参数对电堆寿命影响；电堆结构和组装工艺对电堆寿命的 影响及失效模式；电堆高耐久性密封组件的高精度原位快速成型 技术；系列电堆模块的极板流场、堆型设计及工程化装备制造技 术；电堆模块快速在线活化、气密性快速在线检测与装备制造技 术。 考核指标：车辆应用电堆额定功率≥60kW，电堆功率密度 ≥2.5kW/L；电堆低温冷启动环境温度−30℃；电堆在车载工况下 实测运行 3000h 后电压下降≤3%，电堆预期寿命≥10000h，电堆成 本≤1500 元/kW（按产量 10MW/年测算） 。发电应用电堆平均单片 — 21 — 电压≥0.7V（1A/cm2） ，电堆单片电压（额定功率）标准偏差<15mV； 电堆额定功率下实测运行 10000h 后电压下降≤5%，电堆预期寿命 ≥20000h；电堆生产能力≥1000 台/年；电堆成本≤3500 元/kW（按 产量 10MW/年测算） 。 5.7 固体氧化物燃料电池电堆工程化开发（共性关键技术类） 研究内容：针对固体氧化物燃料电池（SOFC）单电池和电 堆的一致性和寿命等技术难题，开展 SOFC 单电池和电堆的批量 生产技术及工艺装备等工程化开发。具体包括：单电池的结构优 化设计以及批量生产工艺技术和装备；SOFC 电堆高温稳定的连 接体和密封件结构设计以及批量制备工艺技术；长寿命电堆结构 设计和性能验证；SOFC 电堆小批量制备技术及装备；单电池、 连接体、密封件以及电堆的检测规范。 考核指标：建立长寿命 SOFC 设计开发体系，电堆功率 ≥1.0kW，初始电效率≥60%，实测运行 10000h，10000h 后发电效 率≥55%；预期寿命≥20000h；电堆冷热循环实测≥10 次，冷热循 环电效率衰减≤0.5%/c 次，可冷热循环次数≥100 次；形成 SOFC 单电池和电堆的工程化技术，电堆产能≥500kW/年。 5.8 燃料电池电堆及辅助系统部件测试技术（共性关键技术 类） 研究内容：针对长寿命燃料电池系统测试要求，开展电堆及 — 22 — 辅助系统部件测试技术研究。具体包括：大功率燃料电池电堆性 能、寿命测试技术和设备，电堆单片电压巡检、内阻测量、健康 诊断以及数据分析技术；氢气循环泵、燃料电池电控单元等关键 辅助系统部件测试设备；应用工况采集和燃料电池系统寿命试验 评价测试方法。 考核指标：燃料电池电堆和辅助系统部件测试设备样机；燃 料电池电堆测试系统可测试容量≥100kW，测试台动态响应需要 模拟实际应用的响应时间，湿度调节响应时间≤10 秒、流体调节 响应时间≤3 秒、阳极实现主动供氢、氢循环和间断排放供能，提 交电堆单片电压分布、具备在线内阻测试功能和健康诊断方法， 单片电压测试精度≤0.1%，内阻测试精度≤1%；建立燃料电池寿 命试验评价规范并形成标准建议稿。 6. 可再生能源耦合与系统集成 6.1 风电场、光伏电站生态气候效应和环境影响评价研究（基 础研究类） 研究内容：针对我国可再生能源开发利用的生态气候环境影 响，开展风电场、光伏电站生态气候效应和环境影响评价研究。 具体包括：风电场局地生态气候效应事实、机理及参数化方法研 究；光伏电站局地生态气候效应事实、机理及参数化方法研究； 大规模风能、太阳能资源开发的气候情景预估及不确定性研究； — 23 — 风电、光伏行业生命周期环境影响评价研究；气候环境约束下我 国风电和光伏产业健康发展对策研究。 考核指标：揭示海陆风电场、不同下垫面光伏电站局地生态 气候效应事实和机理，发展参数化方法；提交我国大规模开发风 能、太阳能资源的 10km 分辨率区域气候情景预估；提出风电和 光伏行业生命周期环境影响评价方法，建立至少 15 种风电、光 伏行业产品生命周期清单数据库；建立气候环境约束下风电光伏 区域优化布局模型，提出产业健康发展对策。 6.2 特色小镇可再生能源多能互补热电联产关键技术（共性 关键技术类） 研究内容：针对我国特色小镇绿色低碳发展的需求，形成西 部和东部特色小镇完全依赖可再生能源的热电联产系统解决方 案。具体包括：多时空多类型可再生能源热电耦合利用系统结构 和规划设计方法；基于可再生能源的小镇热电联产能源站设计集 成、控制及储能技术；与绿色低能耗建筑结合的可再生能源热电 联产系统设计集成及能量管理技术；镇级可再生能源热电联产系 统先进控制和高效能量管理技术；西部和东部特色小镇可再生能 源热电联产系统示范。 考核指标：系统规划设计软件包含可再生能源≥5 种；建立西 部 500 户以上和东部 1500 户以上特色小镇的可再生能源热电联 — 24 — 产示范系统，总装机≥20MW，其中东部和西部小镇能源站各 1 座、包含可再生能源≥3 种，建设可再生能源热电联产系统≥3 个， 可再生能源多能互补系统 100%满足小镇能源需求。 6.3 独立运行的微型可再生能源系统关键技术研究（共性关 键技术类） 研究内容：针对我国海岛（礁） 、极区、边远地区资源和气候 特点，开展独立运行的微型可再生能源系统关键技术研究及装备 研制。具体包括：独立运行的微型可再生能源系统资源分析、规 划设计和性能评估通用方法及软件；海岛（礁）光伏/风电/海洋 能等多能互补发电系统；适应极区高寒、极昼/夜且可实现与柴油 发电系统兼容的极区科考站可再生能源发电系统，极区可再生能 源移动供电平台；边远地区离网光伏系统剩余性能评估、扩展重 构和互联技术；高耐候性光伏组件、储能装置及电力电子装备。 考核指标：海岛（礁）微型可再生能源发电系统≥100kW； 极区科考站发电系统≥50kW，考核运行 0.5 年以上；移动供电平 台≥500W；改造西部离网光伏电站≥10 座，总装机≥500kW；极区 科考站可再生能源发电系统和移动供电平台部件及系统的长期工 作最低温度−50℃，海岛多能互补发电部件及系统最大湿度≥90%。 6.4 大规模风/光互补制氢关键技术研究及示范（应用示范 类） — 25 — 研究内容：针对冬奥赛区对绿色、低碳能源的重大需求，开 展风/光互补制氢系统关键技术研究及示范。具体包括：基于直流 微网的离/并网风电/光伏制氢、储氢系统设计集成、运行控制与 能量管理技术；适应离/并网运行及直流微网接入的大功率风电机 组、光伏控制/逆变关键技术和设备；适应宽功率波动环境下的高 适应性电解水制氢关键技术及设备；风/光互补制氢系统数据采集 及监控、安全保护技术和设备；大规模风电/光伏互补制储氢系统 应用示范。 考核指标：张家口冬奥赛区大规模风/光互补制储氢示范系 统，风电场、光伏电站总容量不小于 100MW；其中用于制氢、 适应离/并网运行及直流微网接入的大功率风电机组和光伏电站， 风电机组总容量≥6MW，光伏电站容量≥2MW；高适应性、模块 化电解制氢设备，制氢纯度≥99.995%，制氢量≥800Nm3/h，产氢 量调整范围 20-135%；建成风/光制氢系统多能源监控中心。 — 26 —