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24项!国家重点氢能技术专项2022年度拟立项项目公示

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导读:“氢能技术”专项共24项,其中企业牵头的6项,其余牵头单位均为大学或研究所,项目实施周期为36-48个月。

近日,国家科技部发布《关于国家重点研发计划“氢能技术”重点专项2022年度项目安排公示的通知》。“氢能技术”专项共24项,其中企业牵头的6项,其余牵头单位均为大学或研究所,项目实施周期为36-48个月。

国家重点研发计划“氢能技术”重点专项2022年度拟立项项目公示清单

序号

项目编号

项目名称

项目牵头单位

项目实施周期(月)

1

2022YFB4002000

兆瓦级电解水制氢质子交换膜电解堆技术

山东赛克赛斯氢能源有限公司

48

2

2022YFB4002100

电解水制高压氢电解堆及系统关键技术

中国科学院大连化学物理研究所

36

3

2022YFB4002200

固体氧化物电解水蒸汽制氢系统与电解堆技术

广东电网有限责任公司

48

4

2022YFB4002300

质子交换膜电解水制氢测试诊断技术与设备研发

国家能源集团氢能科技有限责任公司

36

5

2022YFB4002400

分布式高效低温氨分解制氢技术开发与加氢灌装母站集成示范

湖南大学

48

6

2022YFB4002500

高温质子导体电解制氢技术

中国科学技术大学

36

7

2022YFB4002600

新型中低温固体电解质氨电化学合成与转化技术

清华大学

36

8

2022YFB4002700

耦合电解水制氢的电催化选择性氧化关键技术

北京化工大学

48

9

2022YFB4002800

液氢加氢站关键装备研制与安全性研究

同济大学

36

10

2022YFB4002900

液氢转注、输运和长期高密度存储技术

浙江大学

48

11

2022YFB4003000

高可靠性高压储氢压力容器的设计制造技术

合肥通用机械研究院有限公司

48

12

2022YFB4003100

某于微波给热脱氢反应器的高效移动式"芳烃-环烷烃”储放氢系统的设计与工程开发

浙江大学

36

13

2022YFB4003200

基于Kubas-纳米泵机制MOFs储氢新材料及其储氢系统

复旦大学

48

14

2022YFB4003300

加氢站用新型离子液体氢压机核心理论及关键技术

西安交通大学

36

15

2022YFB4003400

纯氢与天然气掺氢长输管道输送及应用关键技术

浙江大学

48

16

2022YFB4003500

兆瓦级高效率长寿命发电用燃料电池堆工程化关键技术研发

国家电投集团氢能科技发展有限公司

48

17

2022YFB4003600

百千瓦级固体氧化物燃料电池热电联供系统应用关键技术

潮州三环(集团)股份

有限公司

36

18

2022YFB4003700

质子交换膜燃料电池与氢基内燃机混合发电系统技术

华北电力大学

48

19

2022YFB4003800

燃料电池测试技术及关键零组件研制

武汉理工大学

36

20

2022YFB4003900

掺氢/氨燃气清洁高效燃烧关键技术

清华大学

48

21

2022YFB4003900

高鲁棒性金属支撑管式直接氨燃料电池

东南大学

36

22

2022YFB4004000

长效PEMFC非贵金属催化剂研制与电极可控构筑

中国科学技术大学

36

23

2022YFB4004100

燃料电池系统用先进空气压缩机技术研究

福州大学

36

24

2022YFB4004200

中低压氢气管道固态储氢系统及其应用技术

复旦大学

48

上述各项目研究内容和考核指标如下

1.氢能绿色制取与规模转存体系

1.1 兆瓦级电解水制氢质子交换膜电解堆技术(共性关键技术类)

研究内容针对风电/谷电等对高弹性大功率电解制氢系统的需求开展宽功率适应性的高产气量电解水制氢质子交换膜PEM电解堆及支持系统技术研究具体包括低贵金属高稳定性膜电极制备技术研究高均一性双极板设计及制备技术研究高导电高耐蚀低流阻多孔扩散层设计与制备技术研究大面积单池内部机械应力均衡与封装技术研究开展单池间结构与过程偏差敏感度分析与实验验证设计并试制兆瓦级PEM电解堆开展衰减失效成因研究与可靠性耐久性验证

考核指标兆瓦级PEM电解堆额定输入功率≥1兆瓦产氢速率≥220标准立方米氢气/小时直流电耗≤48千瓦时/千克氢气输入功率可在5%~150%波动在60℃且1安培/平方厘米的电流密度工作条件下满足单池电压≤1.85V且各单池之间电压偏差≤50毫伏在额定输入电流处连续运行3000小时后满足单池电压衰变率≤30微伏/小时堆内单池电压极差≤60毫伏其中电解堆使用的膜电极活性面积≥0.3平方米贵金属总用量≤1.0毫克/平方厘米

1.2 电解水制高压氢电解堆及系统关键技术(共性关键技术类)

研究内容针对电解水制氢注入管道输送的增压效率提升需求突破电解水制高压氢直接注入输氢管道的质子交换膜PEM电解堆及系统装备关键技术具体包括研究高压力操作对电解堆性能及安全性的影响规律研究耐高压低氢氧渗透及高电导率膜结构设计及制备工艺研究高导电高耐蚀双极板材料与结构设计技术研究高耐压密封结构与材料研制高压操作PEM电解堆研究高压水气分离与回水安全控制技术研制全自动电解水制高压氢系统装备

考核指标高气压PEM电解堆额定输入功率≥10千瓦产气压力≥15兆帕压差耐受≥3兆帕排出氧气中氢含量≤1.5%单池电压2.0伏下电解堆的电流密度≥1.0安培/平方厘米输入功率允许波动范围20%~100%全自动电解水制高压氢系统装备压力控制精度优于1%压差控制精度优于2.5%氢气纯度不小于99.99%氧含量不大于80ppm全系统完成1000小时的运行试验验证其中电解堆和系统使用的PEM膜电极中铱载量≤1毫克/平方厘米铂载量≤0.2毫克/平方厘米极板贵金属总量≤0.3毫克/平方厘米

1.3 固体氧化物电解水蒸汽制氢系统与电解堆技术(共性关键技术类)

研究内容针对固体氧化物电解水蒸汽制氢SOEC技术实用化问题研究大功率固体氧化物电解制氢电解堆与系统集成技术具体包括大面积高强度的超薄电解质设计与制备技术高活性长寿命电极设计与制备技术电解池电连接串接密封及其成堆技术电解堆模组流场和热控设计与集成技术水热等运行条件对电解堆性能影响规律优化运行策略及SOEC系统集成技术

考核指标固体氧化物电解水蒸汽制氢系统功率≥50千瓦电解电流密度在电解电压为1.3伏且温度不高于800℃的条件下≥0.8安培/平方厘米水蒸气转化率≥70%电解效率≥90%直流能耗≤3.5千瓦时/标准立方米氢气连续运行时间≥2000小时衰减率≤3%/千小时10次冷热循环衰减≤2%预期寿命优于20000小时其中单热区电解堆模组功率≥20千瓦单电解堆功率≥3.5千瓦电极有效面积≥100平方厘米电解质面比电阻ASR≤0.20欧姆·平方厘米基于超薄电解质的电解单池在不高于800℃电解电压为1.3伏条件下电解电流密度≥2安培/平方厘米

1.4 质子交换膜电解水制氢测试诊断技术与设备研发(共性关键技术类)

研究内容针对大规模质子交换膜PEM电解制氢技术发展和应用中面临的测试诊断关键设备缺失等问题开展大功率的PEM电解水制氢电解堆测试诊断技术研究与设备开发具体包括研究适用于PEM电解水制氢系统优化运行的多参量传感与高精度量测技术气体泄漏快速检测精准定位与安全防护技术适应多测试工况的电解电源与调控技术研究PEM电解堆状态信息提取与诊断评估技术研制PEM电解单电池电解堆和系统的性能及寿命综合测试平台

考核指标PEM电解单电池电解堆和系统的性能及寿命综合测试平台的测试功率≥1兆瓦最大测试电流≥6000安培测试范围宽于10%~100%具备在线交流阻抗谱测试能力且阻抗测量精度优于1%具备阴阳极独立背压调节功能且氢氧压力差控制精度优于0.05兆帕背压压力≥5兆帕控温范围在25℃~90℃控温精度优于1℃在全测试范围内流量电压电流等参量测量精度优于0.2%且控制精度优于1%氢泄漏定位精度优于1厘米氧中氢含量测量精度优于0.1%响应时间≤100毫秒提出质子交换膜电解电堆寿命评估方法评估误差≤10%

1.5 分布式氨分解制氢技术与灌装母站集成(共性关键技术类)

研究内容针对加氢站或加氢母站氨分解制氢面临的反应温度高分离难等问题开展分布式氨分解制氢关键技术研究与示范验证具体包括高效氨分解催化剂材料的筛选构造与规模化制备技术研究高性能氨吸附剂材料开发及氨脱除工艺研究高性能氢气纯化膜材料开发及规模化制备技术研究现场液氨存储分解制氢纯化增压灌装长管拖车加注燃料电池汽车等一体化系统设计与集成管控技术

考核指标加氢母站用氨分解制氢装备的产氢速率≥400标准立方米/小时反应温度≤480℃氨转化率≥99.5%获得的氢气纯度≥99.99%氨浓度≤千万分之一其他杂质含量要求执行GB/T37244-2018标准氢气制备成本≤7元/公斤到站氨成本不计入装置设计寿命≥10年启动时间≤2小时分解后氮气尾排中氨气的浓度控制范围≤10ppm装备稳定运行时间不少于3000小时

1.6 高温质子导体电解制氢技术(基础研究类)

研究内容针对高温质子导体电解制氢技术的实用化需求开展高温质子导体固体氧化物电解制氢材料机理等基础研究具体包括高电化学活性和稳定性的空气极材料与制备技术高质子电导率固体氧化物电解质的制备和电解质薄膜烧结工艺大面积电解池的制备与界面精确调控技术电解堆连接密封与成堆关键技术电解池界面元素迁移微观结构演变规律与性能衰减机制

考核指标研制出千瓦级高温质子导体型电解堆运行温度≤650℃产氢率≥0.4标准立方米/小时能耗≤3.5千瓦时/标准立方米运行电流密度≥0.5安培/平方厘米连续运行时间不少于1000小时每1000小时的平均衰退率≤3%室温至工作温度的热循环≥3次其中单体电解池有效面积≥80平方厘米1.3V稳态制氢≥3000小时实测每1000小时的平均衰退率≤2%阳极对称电池测试水蒸汽含量≥20%500小时后在650℃下面比电阻ASR≤0.1欧姆·平方厘米10次循环平均衰减率≤1%/次质子导体电解质在650℃下的质子导电率≥0.01西门子/厘米

1.7 新型中低温固体电解质氨电化学合成与转化技术(基础研究类)

研究内容针对固体电解质氨电化学合成与转化效率低的问题开展兼具氨合成与转化功能的新型中低温电解质材料与电化学器件前沿研究具体包括中低温条件下具有高质子电导率的新型电解质材料及其制备技术中低温条件下高效稳定的氨转化与合成催化剂氨/氢电化学反应竞争机理与氨反应选择性强化方法电解质和催化剂的匹配技术及界面调控方法研发基于中低温电解质的高效氨电化学转化器件

考核指标电化学合成氨的验证性电堆功率≥500瓦稳定运行时间≥1000小时运行温度≤400℃每平方米电池的电化学合成氨产率≥0.1摩尔/小时法拉第效率≥80%固体电解质直接氨燃料电堆功率≥500瓦稳定运行时间≥1000小时运行温度≤400℃使用的单池峰值功率密度≥0.1瓦/平方厘米氨转化效率≥95%电解质相对质量密度≥90%

1.8 耦合高附加值氧化产物的电解水制氢技术(基础研究类青年科学家项目)

研究内容针对提升可再生能源电解水制氢系统运行经济性的重大需求开展电解水制氢耦合阳极选择性氧化制取大宗市场需求千万吨以上高附加值含氧化学品如环氧乙烷乙酸等技术研究具体包括探索阳极氧化过程中有机分子高选择性转化机理结合理论分析开发出高性能催化材料改进电极结构强化多相反应界面传质减少极化以低值有机资源为原料通过电化学选择性氧化制备易分离的高附加值化学品开发阴极产氢耦合阳极选择性氧化电解装置完成大电流类工业反应环境中的稳定性和能耗验证

考核指标开发出不小于1千瓦的电解制氢耦合高附加值氧产物的原型器件贵金属催化剂用量≤1毫克/平方厘米质量比活性≥1安培/毫克制氢电耗≤3.5千瓦时/标准立方米氢气在电流密度≥100毫安/平方厘米的条件下阳极选择性氧化法拉第效率≥90%阴极制氢法拉第效率≥99%且氢气纯度≥99.9%稳定连续运行时间超过1000小时

2.氢能安全存储与快速输配体系

2.1 液氢加氢站关键装备研制与安全性研究(共性关键技术类)

研究内容基于商用液氢增压气化加氢站的大容量高效及安全加注需求突破关键装备核心零部件的制备技术解决液氢站运行的氢安全问题具体内容包括研制液氢高压泵建立液氢加注过程热力学和动力学模型研究液氢气化过程高效传热特性研制高压液氢气化器开展液氢增压气化加注的液氢加氢站试验验证形成液氢加氢站安全预警和完整性技术

考核指标研制液氢高压泵液氢增压气化器等关键装备其中高压泵在80兆帕条件下流量≥60千克/小时高压液氢气化器设计压力≥100兆帕满足安全预警的国家/行业规范要求常温下爆破试验压力不低于2倍设计压力且理论预测误差≤15%气化器调温组件出口温度≥零下40℃开发高压液氢气化器设计仿真软件传热量预测偏差≤15%研发液氢增压气化加氢站并对所研制的液氢高压泵和气化器进行实验验证其中加氢站设计总加氢量≥2000千克/日全站整体峰值耗电功率≤150千瓦加氢机额定加注压力≥70兆帕最大加注速度≥7.2千克/分钟使用温度满足零下40℃~零上85℃形成液氢加氢站安全预警完整性管理行业/国家规范或标准草案1~2项

2.2 液氢转注输运和长期高密度存储技术(共性关键技术类)

研究内容针对大规模液氢转运和长期存储过程中的经济性和安全性需求开展液氢高效转注输运过程绝热与安全性评价研究具体内容包括液氢储罐充装和灌注过程中热管理与安全技术大流量低闪蒸液氢输送泵液氢转注管道低温绝热技术液氢槽罐低温绝热技术研制低蒸发率的运输用液氢槽罐和固定式液氢加注站用液氢储罐研制液氢转注成套设备开展液氢储罐充装和灌注试验验证形成操作规程

考核指标液氢泵流量≥20立方米/小时扬程≥100米效率≥70%液氢转注低温管道使用压力0.6兆帕长度≥20米液氢温区漏热率≤2瓦/米管路内径≥80毫米使用寿命≥5年液氢转注过程的热力学仿真软件蒸发率预测偏差≤15%储氢罐低温绝热材料选型及绝热性能设计仿真软件漏热量预测偏差≤15%液氢运输槽罐容积≥50立方米液氢静态日蒸发率≤0.7%维持时间≥20天真空寿命≥5年站用液氢储罐容积≥30立方米液氢静态日蒸发率≤0.5%完成液氢储罐充装和灌注试验验证形成相关行业/国家规范或标准草案2项

2.3 高可靠性高压储氢压力容器的设计制造技术(共性关键技术类)

研究内容针对制氢工厂加氢母站的高安全高密度低成本氢气储存重大需求开展大容量高压储氢压力容器可靠性设计制造技术研究具体内容包括超高强度高韧性压力容器用钢的氢相容性试验与评价材料成分组织及性能调控技术钢质储氢压力容器基于风险与寿命的设计技术低泄漏率高压密封技术大壁厚钢质储氢压力容器高可靠性建造技术大容积大壁厚储氢压力容器缺陷无损检测与安全评估技术

考核指标研制出25兆帕以上钢质储氢压力容器单罐储氢容量≥700千克氢气泄漏率≤10-7·立方米/秒检测方式GB/T15823-2009标准并进行工程示范应用开发出超高强度高韧性可焊接钢板材料抗拉强度≥800兆帕零下40℃时的冲击吸收能量≥100焦耳开发出与钢板配套的锻件和焊接材料达到焊缝和钢板在高压氢气环境下具有同等性能形成大容积钢质高压储氢压力容器材料开发结构设计制造工艺控制缺陷无损检测与安全评估等新技术方法不少于10项储氢容器焊缝内表面裂纹深度检测灵敏度小于等于0.5毫米焊缝内部体积性缺陷检测灵敏度小于等于直径0.5毫米制修订相关技术标准送审稿2项

2.4 基于液态载体的可逆储放氢关键材料与应用技术(基础研究类青年科学家项目)

研究内容为利用现有液态燃油输送管道或运输车辆实现高效安全和大规模氢运输达到降低氢储运成本的目的研发可循环的高密度液态载体的储放氢技术具体内容包括新型高密度无机液态或有机液态浆态储氢载体的规模制备技术释放氢气中杂质的抑制/过滤方法高效脱/加氢催化剂的研制基于液态载体的移动式储氢系统的储放氢工艺控制技术及试验验证

考核指标液态载体储氢系统的可循环储氢密度按质量计≥5.5%储氢压力≤1兆帕液态载体经200次循环的利用效率≥80%在站制氢反应器工作温度≤250℃储氢和放氢速率均≥3克/分钟单次循环制氢量≥600克氢气出口端氢气纯度按质量计≥99.99%储氢和放氢用催化剂能稳定运行≥200次循环掌握储放氢过程中储氢系统的质能传递特性并提出高密度储氢装置的氢—热耦合设计方法

2.5 基于固态新材料的可逆储放氢技术(基础研究类青年科学家项目)

研究内容针对高效高安全和大规模氢储运的需求探索固态储氢新材料/新体系及其储放氢技术具体内容包括新型金属有机骨架MOFs共价有机骨架COFs层状结构化合物等高密度储氢材料及其规模制备技术不低于液氮温度下的储氢热力学与动力学性能及储放氢机制建立储氢性能的理论预测模型释放氢气中杂质的种类含量和抑制/过滤方法

考核指标研制可逆固态储氢新材料/新体系及其储氢装置实现百克级/批次的材料制备储氢装置在不低于液氮温度下的储氢密度按质量计≥7%储氢压力≤10兆帕释放的氢气纯度按质量计≥99.99%200次循环利用效率≥90%储氢性能理论预测数值与实验数值的偏差率≤10%

2.6 加氢站用新型氢压机核心理论及关键技术技术(基础研究类青年科学家项目)

研究内容为实现管网及液氢供给场景下加氢站内高效安全紧凑的氢气增压工艺降低增压成本围绕新型离子液体氢气压缩机核心理论及关键技术展开研究具体内容包括离子液体热物理特性离子液体与氢气相互作用机理气—液界面形态演变规律研究离子液体—氢气两相增压过程微观热力特性及宏观工作过程研究高效离子液体分离特性及装置设计技术离子液体压缩机能量匹配策略及整机设计技术离子液体压缩机关键部件及整机研发通过本项目研制满足70兆帕加氢站需求的离子液体氢气压缩机

考核指标建立离子液体压缩机压缩过程热力学和动力学模型全工况范围内效率平均预测误差≤5%最大预测误差≤10%构建离子液体压缩机设计方法研制离子液体压缩机原理样机排气压力≥90兆帕进气压力≥0.5兆帕在1兆帕处的排气流量≥200标准立方米/小时效率≥65%进行稳定运行试验≥200小时惰性气体介质研制离子液体分离器分离效率≥88%与离子液体压缩机相关的标准规范不少于2项

2.7 纯氢与天然气掺氢长输管道输送及应用关键技术(共性关键技术类)

研究内容针对氢气长距离大规模安全输送需求重点突破高压力纯氢与天然气掺氢管道输送关键技术形成纯氢/掺氢长输管道科技试验平台增强纯氢与天然气掺氢管道输送安全运行保障能力具体内容包括不同压力等级不同管材与焊缝对纯氢/掺氢输送的相容性服役环境对管材及焊缝性能与损伤的影响规律临氢管道焊接等连接技术天然气管道与关键设备掺氢适应性纯氢/掺氢长距离管输工艺大流量掺氢与分离装备高压纯氢及掺氢管道和关键设备的监测检测动态风险评价与寿命预测方法纯氢及掺氢管道和关键设备的事故演化规律完整性管理和安全防范技术研制纯氢/掺氢管道输送应用科技试验平台

考核指标研发大流量掺氢装备掺混比例5%~20%氢气组分控制精度≤1%研发大流量分离装备流量≥100标准立方米/小时氢气分离纯度≥99.999%开发管输工艺寿命预测和完整性管理软件各1套建成可适应于纯氢/掺氢服役工况的内检测技术装备裂纹检测精度≤0.5毫米裂纹检出率≥90%形成纯氢/掺氢管道长距离输送相关材料管输工艺检验检测安全评价完整性管理等国家/行业规范或标准送审稿不少于6项实现纯氢/掺氢管道输送应用的科技试验平台输气压力≥6.3兆帕长度≥10千米管径≥500毫米可同时开展至少三类不同规格管道的测试测试温度范围零下40℃~零上60℃具备测试管路典型部位裂纹和氢泄漏在线检测快速定位功能输氢能力≥10万吨/年纯氢管道掺氢比例5%~20%掺氢管道气密性试验在1.1P设计压力下泄漏率≤0.3%/小时试验时间24小时安全运行90天

3.氢能便捷改质与高效动力

3.1 兆瓦级发电用质子交换膜燃料电池堆应用关键技术(共性关键技术类)

研究内容针对质子交换膜燃料电池在发电领域兆瓦级应用需求突破关键材料国产化零部件和电堆批量化制造一致性和制造效率瓶颈开展高效率大功率质子交换膜燃料电池电堆设计工程化制造技术研究具体包括面向大功率单体电堆的国产化自主材料开发膜电极双极板等关键零部件及其工程化制造技术研究大功率电堆结构设计工作条件和装配工艺对电堆效率寿命及水热管理的影响规律设计具有高效燃料分配热管理能力和高燃料利用率电堆适应发电等领域兆瓦级应用的高效率大功率运行工况研究高一致性高效率电堆组装集成工艺及装备满足批量化制造需求为商业化应用奠定基础

考核指标质子交换膜燃料电池单体电堆功率≥1兆瓦电效率≥60%年产能≥200台其中气体扩散介质抗纵向弯曲模量≥10000兆帕电导率≥1600西门子/米接触电阻≤5毫欧姆·平方厘米在空气端压力不高于150千帕绝对压力的情况下膜电极在0.4安培/平方厘米电流密度处的电压≥0.80V额定工作点电压衰减率在40000小时内≤10%实际测试8000小时性能衰减≤4%密封件成型精度偏差≤0.02毫米氢气外泄漏率每秒≤5×10-8帕·立方米双极板平面厚度差≤20微米电导率≥200西门子/厘米在200千帕氦气检测条件下的气体渗透率≤0.2微升/平方厘米·分钟在0.6兆帕压力下的接触电阻≤5毫欧姆·平方厘米电堆最高工作温度≥95℃支持零下30℃低温启动电堆寿命≥40000小时实际测试10000小时性能衰减≤5%

3.2 百千瓦级固体氧化物燃料电池热电联供系统应用关键技术(共性关键技术类)

研究内容面向以天然气及掺氢天然气为燃料的大功率固体氧化物燃料电池热电联供系统的应用需求针对大功率电堆批量制造衰减过快系统热管理困难等问题开展高可靠性固体氧化物电堆工程化技术与大功率系统集成研究具体包括高可靠长寿命电堆及其批量生产工艺及装备电堆模块化放大策略与技术集成燃料重整器燃烧器换热器和蒸发器等关键部件的高紧凑热平衡系统大功率系统集成运行安全控制策略与在线运行优化控制方法

考核指标使用掺氢天然气的固体氧化物燃料电池系统采用掺氢浓度为0%~15%体积分数的天然气作为燃料时交流输出功率≥100千瓦在不超过750℃运行条件下初始发电效率在0.4安培/平方厘米电流密度处≥65%直流净效率热电联供低热值效率≥85%长期稳定运行时间≥3000小时实测测试后在750℃运行条件下发电效率在0.4安培/平方厘米电流密度处≥60%直流净效率设计使用寿命≥40000小时其中单热区模组功率≥25千瓦单电堆多样本至少3个在大于0.4安培/平方厘米的电流密度下长期稳定运行时间不少于4000小时实测每1千小时衰减率≤15毫欧姆·平方厘米衰减率偏差≤5毫欧姆·平方厘米年产能≥10兆瓦成品率≥95%

3.3 质子交换膜燃料电池与氢基内燃机混合发电系统技术(共性关键技术类)

研究内容针对重载装备和分布式供电设备的高效灵活电源需求开展质子交换膜燃料电池—氢基燃料内燃机混合发电系统关键技术研究具体包括单一现场氢基燃料掺氢天然气等的在线改质纯化与实时调控技术及现场氢源总成研制富氢和/或纯氢燃烧与循环调控技术及其内燃机研制燃料电池系统—内燃机能量耦合机制及核心器件研制现场氢源—燃料电池—氢内燃机全系统联合热力循环设计及建模仿真发电系统各单元内部状态识别及动态工况调控策略燃料电池—内燃机混合动力系统结构集成设计方法

考核指标质子交换膜燃料电池—氢基内燃机混合发电系统单个模块发电额定功率≥150千瓦总功率≥220千瓦发电效率≥45%0%~100%负荷响应时间≤1分钟连续运行≥1000小时燃料电池—热机混合发电系统设计仿真软件1套满足质子膜燃料电池—氢内燃机混合发电系统模拟与仿真需求模型预测燃料电池性能与实验结果误差≤10%

3.4 燃料电池测试技术及关键零组件研制(共性关键技术类)

研究内容针对长寿命燃料电池工作状态的高精度诊断需求开发燃料电池综合诊断技术突破测试用关键零部件及测试装备成套技术具体包括燃料电池单体电堆系统的性能及寿命综合测试台测试台压力流量温湿度等多物理量耦合规律及高精度快速响应加湿系统热管理系统测试台用高精度湿度传感器流量传感器质量流量控制器及背压阀制造技术燃料电池高低压交流阻抗在线测试技术大功率电子负载的电压电流精确测量及控制技术测试台主控系统的工况模拟自动流程控制实验数据管理云数据服务大数据分析等模块集成技术

考核指标质子交换膜燃料电池固体氧化物燃料电池单体测试台功率≥100瓦气体质量流量控制器精度偏差≤0.6%质子交换膜燃料电池电堆测试台功率≥300千瓦质量流量控制器精度优于0.5%控温范围在零下40℃~零上150℃控制精度优于±1℃固体氧化物燃料电池电堆测试台功率≥25千瓦气体质量流量控制器精度偏差≤0.5%最高测试温度≥1200℃控制精度优于±3℃具备固体氧化物电解池测试功能质子交换膜燃料电池系统测试台功率≥300千瓦质量流量控制器精度偏差≤0.5%热管理系统控温范围在零下40℃~零上150℃控制精度优于±1℃大功率电子负载功率≥200千瓦效率≥96%上述测试台的电压及电流精度偏差≤0.5%大功率交流阻抗在线测试装备可覆盖电堆与系统测试台全功率范围精度偏差≤0.5%应用≥10套

3.5 掺氢/氨清洁高效燃烧关键技术(共性关键技术类)

研究内容针对发电深度减碳与清洁供暖的需求研究氢氨等富氢燃料与含碳燃料掺烧的清洁高效燃烧关键技术主要包括两条技术路线

1天然气掺混燃气燃烧特性反应机理及诊断方法富氢掺混燃料的燃烧器动态工况燃烧特性污染物生成特性与预测模型掺混燃料燃烧强化机制与宽范围调节低NOx排放燃烧器优化设计策略与高效清洁燃烧技术基于不同掺混比例稳燃的掺氢/氨燃气高效清洁燃烧技术及设备兼容性掺氢和掺氨燃气兆瓦级燃烧器工业试验氨等富氢燃气供暖系统模拟与能量管控平台

2煤掺混燃料的多相混合多场耦合燃烧特性与反应机理富氢掺混燃料的气固两相燃烧器稳燃特性与操作参数优化污染物生成特性及预测模型气固两相掺混燃料燃烧强化机制低NOx排放燃烧器改进设计策略与高效清洁燃烧工艺包基于不同掺混比例掺混方式的掺氢氨燃煤高效清洁燃烧技术及设备兼容性掺氢氨燃煤燃烧技术在大容量锅炉的工程验证

考核指标两条技术路线分别对应以下考核指标

1兆瓦级掺氢掺氨燃气燃烧器热负荷≥1.0兆瓦在尾气中3.5%氧气浓度条件下当最高掺氢比例不低于70%时燃烧器出口NOx排放≤50毫克/标准立方米在尾气中3.5%氧气浓度条件下当最高掺氨比例不低于30%时燃烧器出口NOx转化率≤5%掺氢天燃气锅炉验证性工程掺氢比≥20%锅炉负荷≥1.0兆瓦NOx排放低于30毫克/标准立方米N2O低于10毫克/标准立方米CH4低于5毫克/标准立方米稳定运行大于168小时形成1~2项国家或行业标准征求意见稿建立掺氢掺氨燃料的燃烧活性中间产物及稳定产物实验诊断方法测量误差≤10%建立掺氢掺氨燃气燃烧生成CONOx有机污染物的预测模型预测误差≤20%

2兆瓦级掺氢/氨气固两相燃烧器累计运行不低于1000小时热负荷≥1.0兆瓦30兆瓦级掺氢/氨气固两相燃烧器热负荷≥30兆瓦实现氢/氨掺烧比例热量比≥25%燃烧器出口氨的NOx转化率≤0.5%完成蒸发量每小时600吨等级以上燃煤锅炉工程验证实现掺氨比例热量比5%~20%连续可调炉膛出口氨的NOx转化率≤0.5%NOx排放低于50毫克/标准立方米按6%基准氧含量折算锅炉尾部烟气氨逃逸浓度≤3ppm摩尔比锅炉效率≥91%20%掺氨工况稳定运行大于168小时建立掺氢/氨燃煤燃烧生成CONOx的预测模型预测误差≤20%

3.6 基于固体电解质的直接氨燃料电池技术(基础研究类青年科学家项目)

研究内容面向紧凑可靠耐久的氨燃料电池系统应用需求研发高功率密度耐冷热循环的中温或低温直接氨燃料电池具体包括开发高性能非铂催化剂及可直接转化氨的电极结构研究电极特性对氨转化与电极性能的影响规律开发耐冷热循环的电池及其低成本制备技术研究电极与电解质特性运行条件对电池性能寿命与冷热循环性能的影响规律

考核指标开发出活性区面积≥25平方厘米的单电池采用纯氨为燃料在≤700℃的条件下电池峰值功率密度≥0.7瓦/平方厘米电池耐冷热循环次数≥30次连续稳定运行≥500小时

3.7 聚合物膜燃料电池非贵金属催化的电极设计与应用关键技术(基础研究类青年科学家项目)

研究内容针对聚合物膜燃料电池低成本应用需求探索高性能非贵金属催化剂及催化层设计制备技术及评价方法实现非贵金属催化电极性能验证具体包括非贵金属燃料电池阴极催化剂原子分子尺度活性中心解析及高一致性宏量制备技术非贵金属催化膜电极三相界面优化与制备技术非贵金属催化膜电极结构强化及寿命保障技术非贵金属催化膜电极测试评价体系

考核指标单批次产量≥10克不同批次电性能偏差≤5%验证性非贵金属催化电堆功率不低于1千瓦其中非贵金属氧还原催化剂在0.9伏电压处相对于RHE电位不计欧姆损失的活性≥0.044安培/平方厘米膜电极氧还原催化剂载量≤4毫克/平方厘米氢—空条件下在0.9安培/平方厘米电流密度对应的单池电压≥0.675伏在0.7伏恒电位下测试超过500小时后电流密度保持率不低于初始值的75%

3.8 燃料电池系统用先进空气压缩机技术(基础研究类青年科学家项目)

研究内容针对氢能重型载运分布式发电用的燃料电池系统对高效率长寿命的稳定供氧器件需求探索适用于大功率燃料电池系统的先进空气压缩机设计及制造技术具体包括高效率大流量低波动的压缩结构设计耐磨蚀长寿命无杂质的压缩腔室材料工艺高工况适应性的系统机电耦合控制方法全工况的系统噪声抑制技术

考核指标研制出适用于燃料电池系统的大流量空压机样机额定流量≥150克/秒最高压缩比≥3.5出口压力波动偏差在10毫秒内≤1%常用工况最高等熵效率≥90%全工况最高噪声≤70分贝空压机排气不含有异于吸气的杂质组分测试标准符合ISO8573启停次数≥2万次实测预期寿命≥10000小时

4.氢进万家综合示范

4.1 中低压氢气管道固态储氢系统及其应用技术(共性关键技术类)

研究内容针对以灰氢和蓝氢为主要氢源的高碳排放生产过程研发基于低成本储氢材料的大容量储放氢系统实现对管输绿氢的高效储存和特定用氢场景的供氢匹配达到降低碳排放的目的具体内容包括以低成本储氢材料为工质的高密度高安全储氢床单体的设计和均一化制备技术储氢系统的传质传热特征与优化集成技术储氢系统循环性能的衰减原因及稳定化方法储氢系统在中低压氢气管道的增压和减压响应特性搭建可在化工冶金两种典型用氢生产过程中储氢系统应用的验证平台

考核指标储氢系统储氢量≥500千克储存1千克氢气的成本≤10000元储氢压力≤5兆帕输入氢气纯度为95%时输出氢气纯度≥99.97%吸氢速率最大值≥5.0千克氢气/分钟吸氢压力在1兆帕~5兆帕供氢速率最大值≥1.0千克氢气/分钟供氢压力在0.2兆帕~4兆帕范围内连续可调经2000次吸/放氢循环后储氢容量保持率≥90%其中储氢材料储氢密度≥70千克氢气/立方米材料成本≤100元/千克在低于100℃时材料的储氢密度≥2.0%可逆放氢量≥95%。

来源于:仪器信息网

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近日,国家科技部发布《关于国家重点研发计划“氢能技术”重点专项2022年度项目安排公示的通知》。“氢能技术”专项共24项,其中企业牵头的6项,其余牵头单位均为大学或研究所,项目实施周期为36-48个月。

国家重点研发计划“氢能技术”重点专项2022年度拟立项项目公示清单

序号

项目编号

项目名称

项目牵头单位

项目实施周期(月)

1

2022YFB4002000

兆瓦级电解水制氢质子交换膜电解堆技术

山东赛克赛斯氢能源有限公司

48

2

2022YFB4002100

电解水制高压氢电解堆及系统关键技术

中国科学院大连化学物理研究所

36

3

2022YFB4002200

固体氧化物电解水蒸汽制氢系统与电解堆技术

广东电网有限责任公司

48

4

2022YFB4002300

质子交换膜电解水制氢测试诊断技术与设备研发

国家能源集团氢能科技有限责任公司

36

5

2022YFB4002400

分布式高效低温氨分解制氢技术开发与加氢灌装母站集成示范

湖南大学

48

6

2022YFB4002500

高温质子导体电解制氢技术

中国科学技术大学

36

7

2022YFB4002600

新型中低温固体电解质氨电化学合成与转化技术

清华大学

36

8

2022YFB4002700

耦合电解水制氢的电催化选择性氧化关键技术

北京化工大学

48

9

2022YFB4002800

液氢加氢站关键装备研制与安全性研究

同济大学

36

10

2022YFB4002900

液氢转注、输运和长期高密度存储技术

浙江大学

48

11

2022YFB4003000

高可靠性高压储氢压力容器的设计制造技术

合肥通用机械研究院有限公司

48

12

2022YFB4003100

某于微波给热脱氢反应器的高效移动式"芳烃-环烷烃”储放氢系统的设计与工程开发

浙江大学

36

13

2022YFB4003200

基于Kubas-纳米泵机制MOFs储氢新材料及其储氢系统

复旦大学

48

14

2022YFB4003300

加氢站用新型离子液体氢压机核心理论及关键技术

西安交通大学

36

15

2022YFB4003400

纯氢与天然气掺氢长输管道输送及应用关键技术

浙江大学

48

16

2022YFB4003500

兆瓦级高效率长寿命发电用燃料电池堆工程化关键技术研发

国家电投集团氢能科技发展有限公司

48

17

2022YFB4003600

百千瓦级固体氧化物燃料电池热电联供系统应用关键技术

潮州三环(集团)股份

有限公司

36

18

2022YFB4003700

质子交换膜燃料电池与氢基内燃机混合发电系统技术

华北电力大学

48

19

2022YFB4003800

燃料电池测试技术及关键零组件研制

武汉理工大学

36

20

2022YFB4003900

掺氢/氨燃气清洁高效燃烧关键技术

清华大学

48

21

2022YFB4003900

高鲁棒性金属支撑管式直接氨燃料电池

东南大学

36

22

2022YFB4004000

长效PEMFC非贵金属催化剂研制与电极可控构筑

中国科学技术大学

36

23

2022YFB4004100

燃料电池系统用先进空气压缩机技术研究

福州大学

36

24

2022YFB4004200

中低压氢气管道固态储氢系统及其应用技术

复旦大学

48

上述各项目研究内容和考核指标如下

1.氢能绿色制取与规模转存体系

1.1 兆瓦级电解水制氢质子交换膜电解堆技术(共性关键技术类)

研究内容针对风电/谷电等对高弹性大功率电解制氢系统的需求开展宽功率适应性的高产气量电解水制氢质子交换膜PEM电解堆及支持系统技术研究具体包括低贵金属高稳定性膜电极制备技术研究高均一性双极板设计及制备技术研究高导电高耐蚀低流阻多孔扩散层设计与制备技术研究大面积单池内部机械应力均衡与封装技术研究开展单池间结构与过程偏差敏感度分析与实验验证设计并试制兆瓦级PEM电解堆开展衰减失效成因研究与可靠性耐久性验证

考核指标兆瓦级PEM电解堆额定输入功率≥1兆瓦产氢速率≥220标准立方米氢气/小时直流电耗≤48千瓦时/千克氢气输入功率可在5%~150%波动在60℃且1安培/平方厘米的电流密度工作条件下满足单池电压≤1.85V且各单池之间电压偏差≤50毫伏在额定输入电流处连续运行3000小时后满足单池电压衰变率≤30微伏/小时堆内单池电压极差≤60毫伏其中电解堆使用的膜电极活性面积≥0.3平方米贵金属总用量≤1.0毫克/平方厘米

1.2 电解水制高压氢电解堆及系统关键技术(共性关键技术类)

研究内容针对电解水制氢注入管道输送的增压效率提升需求突破电解水制高压氢直接注入输氢管道的质子交换膜PEM电解堆及系统装备关键技术具体包括研究高压力操作对电解堆性能及安全性的影响规律研究耐高压低氢氧渗透及高电导率膜结构设计及制备工艺研究高导电高耐蚀双极板材料与结构设计技术研究高耐压密封结构与材料研制高压操作PEM电解堆研究高压水气分离与回水安全控制技术研制全自动电解水制高压氢系统装备

考核指标高气压PEM电解堆额定输入功率≥10千瓦产气压力≥15兆帕压差耐受≥3兆帕排出氧气中氢含量≤1.5%单池电压2.0伏下电解堆的电流密度≥1.0安培/平方厘米输入功率允许波动范围20%~100%全自动电解水制高压氢系统装备压力控制精度优于1%压差控制精度优于2.5%氢气纯度不小于99.99%氧含量不大于80ppm全系统完成1000小时的运行试验验证其中电解堆和系统使用的PEM膜电极中铱载量≤1毫克/平方厘米铂载量≤0.2毫克/平方厘米极板贵金属总量≤0.3毫克/平方厘米

1.3 固体氧化物电解水蒸汽制氢系统与电解堆技术(共性关键技术类)

研究内容针对固体氧化物电解水蒸汽制氢SOEC技术实用化问题研究大功率固体氧化物电解制氢电解堆与系统集成技术具体包括大面积高强度的超薄电解质设计与制备技术高活性长寿命电极设计与制备技术电解池电连接串接密封及其成堆技术电解堆模组流场和热控设计与集成技术水热等运行条件对电解堆性能影响规律优化运行策略及SOEC系统集成技术

考核指标固体氧化物电解水蒸汽制氢系统功率≥50千瓦电解电流密度在电解电压为1.3伏且温度不高于800℃的条件下≥0.8安培/平方厘米水蒸气转化率≥70%电解效率≥90%直流能耗≤3.5千瓦时/标准立方米氢气连续运行时间≥2000小时衰减率≤3%/千小时10次冷热循环衰减≤2%预期寿命优于20000小时其中单热区电解堆模组功率≥20千瓦单电解堆功率≥3.5千瓦电极有效面积≥100平方厘米电解质面比电阻ASR≤0.20欧姆·平方厘米基于超薄电解质的电解单池在不高于800℃电解电压为1.3伏条件下电解电流密度≥2安培/平方厘米

1.4 质子交换膜电解水制氢测试诊断技术与设备研发(共性关键技术类)

研究内容针对大规模质子交换膜PEM电解制氢技术发展和应用中面临的测试诊断关键设备缺失等问题开展大功率的PEM电解水制氢电解堆测试诊断技术研究与设备开发具体包括研究适用于PEM电解水制氢系统优化运行的多参量传感与高精度量测技术气体泄漏快速检测精准定位与安全防护技术适应多测试工况的电解电源与调控技术研究PEM电解堆状态信息提取与诊断评估技术研制PEM电解单电池电解堆和系统的性能及寿命综合测试平台

考核指标PEM电解单电池电解堆和系统的性能及寿命综合测试平台的测试功率≥1兆瓦最大测试电流≥6000安培测试范围宽于10%~100%具备在线交流阻抗谱测试能力且阻抗测量精度优于1%具备阴阳极独立背压调节功能且氢氧压力差控制精度优于0.05兆帕背压压力≥5兆帕控温范围在25℃~90℃控温精度优于1℃在全测试范围内流量电压电流等参量测量精度优于0.2%且控制精度优于1%氢泄漏定位精度优于1厘米氧中氢含量测量精度优于0.1%响应时间≤100毫秒提出质子交换膜电解电堆寿命评估方法评估误差≤10%

1.5 分布式氨分解制氢技术与灌装母站集成(共性关键技术类)

研究内容针对加氢站或加氢母站氨分解制氢面临的反应温度高分离难等问题开展分布式氨分解制氢关键技术研究与示范验证具体包括高效氨分解催化剂材料的筛选构造与规模化制备技术研究高性能氨吸附剂材料开发及氨脱除工艺研究高性能氢气纯化膜材料开发及规模化制备技术研究现场液氨存储分解制氢纯化增压灌装长管拖车加注燃料电池汽车等一体化系统设计与集成管控技术

考核指标加氢母站用氨分解制氢装备的产氢速率≥400标准立方米/小时反应温度≤480℃氨转化率≥99.5%获得的氢气纯度≥99.99%氨浓度≤千万分之一其他杂质含量要求执行GB/T37244-2018标准氢气制备成本≤7元/公斤到站氨成本不计入装置设计寿命≥10年启动时间≤2小时分解后氮气尾排中氨气的浓度控制范围≤10ppm装备稳定运行时间不少于3000小时

1.6 高温质子导体电解制氢技术(基础研究类)

研究内容针对高温质子导体电解制氢技术的实用化需求开展高温质子导体固体氧化物电解制氢材料机理等基础研究具体包括高电化学活性和稳定性的空气极材料与制备技术高质子电导率固体氧化物电解质的制备和电解质薄膜烧结工艺大面积电解池的制备与界面精确调控技术电解堆连接密封与成堆关键技术电解池界面元素迁移微观结构演变规律与性能衰减机制

考核指标研制出千瓦级高温质子导体型电解堆运行温度≤650℃产氢率≥0.4标准立方米/小时能耗≤3.5千瓦时/标准立方米运行电流密度≥0.5安培/平方厘米连续运行时间不少于1000小时每1000小时的平均衰退率≤3%室温至工作温度的热循环≥3次其中单体电解池有效面积≥80平方厘米1.3V稳态制氢≥3000小时实测每1000小时的平均衰退率≤2%阳极对称电池测试水蒸汽含量≥20%500小时后在650℃下面比电阻ASR≤0.1欧姆·平方厘米10次循环平均衰减率≤1%/次质子导体电解质在650℃下的质子导电率≥0.01西门子/厘米

1.7 新型中低温固体电解质氨电化学合成与转化技术(基础研究类)

研究内容针对固体电解质氨电化学合成与转化效率低的问题开展兼具氨合成与转化功能的新型中低温电解质材料与电化学器件前沿研究具体包括中低温条件下具有高质子电导率的新型电解质材料及其制备技术中低温条件下高效稳定的氨转化与合成催化剂氨/氢电化学反应竞争机理与氨反应选择性强化方法电解质和催化剂的匹配技术及界面调控方法研发基于中低温电解质的高效氨电化学转化器件

考核指标电化学合成氨的验证性电堆功率≥500瓦稳定运行时间≥1000小时运行温度≤400℃每平方米电池的电化学合成氨产率≥0.1摩尔/小时法拉第效率≥80%固体电解质直接氨燃料电堆功率≥500瓦稳定运行时间≥1000小时运行温度≤400℃使用的单池峰值功率密度≥0.1瓦/平方厘米氨转化效率≥95%电解质相对质量密度≥90%

1.8 耦合高附加值氧化产物的电解水制氢技术(基础研究类青年科学家项目)

研究内容针对提升可再生能源电解水制氢系统运行经济性的重大需求开展电解水制氢耦合阳极选择性氧化制取大宗市场需求千万吨以上高附加值含氧化学品如环氧乙烷乙酸等技术研究具体包括探索阳极氧化过程中有机分子高选择性转化机理结合理论分析开发出高性能催化材料改进电极结构强化多相反应界面传质减少极化以低值有机资源为原料通过电化学选择性氧化制备易分离的高附加值化学品开发阴极产氢耦合阳极选择性氧化电解装置完成大电流类工业反应环境中的稳定性和能耗验证

考核指标开发出不小于1千瓦的电解制氢耦合高附加值氧产物的原型器件贵金属催化剂用量≤1毫克/平方厘米质量比活性≥1安培/毫克制氢电耗≤3.5千瓦时/标准立方米氢气在电流密度≥100毫安/平方厘米的条件下阳极选择性氧化法拉第效率≥90%阴极制氢法拉第效率≥99%且氢气纯度≥99.9%稳定连续运行时间超过1000小时

2.氢能安全存储与快速输配体系

2.1 液氢加氢站关键装备研制与安全性研究(共性关键技术类)

研究内容基于商用液氢增压气化加氢站的大容量高效及安全加注需求突破关键装备核心零部件的制备技术解决液氢站运行的氢安全问题具体内容包括研制液氢高压泵建立液氢加注过程热力学和动力学模型研究液氢气化过程高效传热特性研制高压液氢气化器开展液氢增压气化加注的液氢加氢站试验验证形成液氢加氢站安全预警和完整性技术

考核指标研制液氢高压泵液氢增压气化器等关键装备其中高压泵在80兆帕条件下流量≥60千克/小时高压液氢气化器设计压力≥100兆帕满足安全预警的国家/行业规范要求常温下爆破试验压力不低于2倍设计压力且理论预测误差≤15%气化器调温组件出口温度≥零下40℃开发高压液氢气化器设计仿真软件传热量预测偏差≤15%研发液氢增压气化加氢站并对所研制的液氢高压泵和气化器进行实验验证其中加氢站设计总加氢量≥2000千克/日全站整体峰值耗电功率≤150千瓦加氢机额定加注压力≥70兆帕最大加注速度≥7.2千克/分钟使用温度满足零下40℃~零上85℃形成液氢加氢站安全预警完整性管理行业/国家规范或标准草案1~2项

2.2 液氢转注输运和长期高密度存储技术(共性关键技术类)

研究内容针对大规模液氢转运和长期存储过程中的经济性和安全性需求开展液氢高效转注输运过程绝热与安全性评价研究具体内容包括液氢储罐充装和灌注过程中热管理与安全技术大流量低闪蒸液氢输送泵液氢转注管道低温绝热技术液氢槽罐低温绝热技术研制低蒸发率的运输用液氢槽罐和固定式液氢加注站用液氢储罐研制液氢转注成套设备开展液氢储罐充装和灌注试验验证形成操作规程

考核指标液氢泵流量≥20立方米/小时扬程≥100米效率≥70%液氢转注低温管道使用压力0.6兆帕长度≥20米液氢温区漏热率≤2瓦/米管路内径≥80毫米使用寿命≥5年液氢转注过程的热力学仿真软件蒸发率预测偏差≤15%储氢罐低温绝热材料选型及绝热性能设计仿真软件漏热量预测偏差≤15%液氢运输槽罐容积≥50立方米液氢静态日蒸发率≤0.7%维持时间≥20天真空寿命≥5年站用液氢储罐容积≥30立方米液氢静态日蒸发率≤0.5%完成液氢储罐充装和灌注试验验证形成相关行业/国家规范或标准草案2项

2.3 高可靠性高压储氢压力容器的设计制造技术(共性关键技术类)

研究内容针对制氢工厂加氢母站的高安全高密度低成本氢气储存重大需求开展大容量高压储氢压力容器可靠性设计制造技术研究具体内容包括超高强度高韧性压力容器用钢的氢相容性试验与评价材料成分组织及性能调控技术钢质储氢压力容器基于风险与寿命的设计技术低泄漏率高压密封技术大壁厚钢质储氢压力容器高可靠性建造技术大容积大壁厚储氢压力容器缺陷无损检测与安全评估技术

考核指标研制出25兆帕以上钢质储氢压力容器单罐储氢容量≥700千克氢气泄漏率≤10-7·立方米/秒检测方式GB/T15823-2009标准并进行工程示范应用开发出超高强度高韧性可焊接钢板材料抗拉强度≥800兆帕零下40℃时的冲击吸收能量≥100焦耳开发出与钢板配套的锻件和焊接材料达到焊缝和钢板在高压氢气环境下具有同等性能形成大容积钢质高压储氢压力容器材料开发结构设计制造工艺控制缺陷无损检测与安全评估等新技术方法不少于10项储氢容器焊缝内表面裂纹深度检测灵敏度小于等于0.5毫米焊缝内部体积性缺陷检测灵敏度小于等于直径0.5毫米制修订相关技术标准送审稿2项

2.4 基于液态载体的可逆储放氢关键材料与应用技术(基础研究类青年科学家项目)

研究内容为利用现有液态燃油输送管道或运输车辆实现高效安全和大规模氢运输达到降低氢储运成本的目的研发可循环的高密度液态载体的储放氢技术具体内容包括新型高密度无机液态或有机液态浆态储氢载体的规模制备技术释放氢气中杂质的抑制/过滤方法高效脱/加氢催化剂的研制基于液态载体的移动式储氢系统的储放氢工艺控制技术及试验验证

考核指标液态载体储氢系统的可循环储氢密度按质量计≥5.5%储氢压力≤1兆帕液态载体经200次循环的利用效率≥80%在站制氢反应器工作温度≤250℃储氢和放氢速率均≥3克/分钟单次循环制氢量≥600克氢气出口端氢气纯度按质量计≥99.99%储氢和放氢用催化剂能稳定运行≥200次循环掌握储放氢过程中储氢系统的质能传递特性并提出高密度储氢装置的氢—热耦合设计方法

2.5 基于固态新材料的可逆储放氢技术(基础研究类青年科学家项目)

研究内容针对高效高安全和大规模氢储运的需求探索固态储氢新材料/新体系及其储放氢技术具体内容包括新型金属有机骨架MOFs共价有机骨架COFs层状结构化合物等高密度储氢材料及其规模制备技术不低于液氮温度下的储氢热力学与动力学性能及储放氢机制建立储氢性能的理论预测模型释放氢气中杂质的种类含量和抑制/过滤方法

考核指标研制可逆固态储氢新材料/新体系及其储氢装置实现百克级/批次的材料制备储氢装置在不低于液氮温度下的储氢密度按质量计≥7%储氢压力≤10兆帕释放的氢气纯度按质量计≥99.99%200次循环利用效率≥90%储氢性能理论预测数值与实验数值的偏差率≤10%

2.6 加氢站用新型氢压机核心理论及关键技术技术(基础研究类青年科学家项目)

研究内容为实现管网及液氢供给场景下加氢站内高效安全紧凑的氢气增压工艺降低增压成本围绕新型离子液体氢气压缩机核心理论及关键技术展开研究具体内容包括离子液体热物理特性离子液体与氢气相互作用机理气—液界面形态演变规律研究离子液体—氢气两相增压过程微观热力特性及宏观工作过程研究高效离子液体分离特性及装置设计技术离子液体压缩机能量匹配策略及整机设计技术离子液体压缩机关键部件及整机研发通过本项目研制满足70兆帕加氢站需求的离子液体氢气压缩机

考核指标建立离子液体压缩机压缩过程热力学和动力学模型全工况范围内效率平均预测误差≤5%最大预测误差≤10%构建离子液体压缩机设计方法研制离子液体压缩机原理样机排气压力≥90兆帕进气压力≥0.5兆帕在1兆帕处的排气流量≥200标准立方米/小时效率≥65%进行稳定运行试验≥200小时惰性气体介质研制离子液体分离器分离效率≥88%与离子液体压缩机相关的标准规范不少于2项

2.7 纯氢与天然气掺氢长输管道输送及应用关键技术(共性关键技术类)

研究内容针对氢气长距离大规模安全输送需求重点突破高压力纯氢与天然气掺氢管道输送关键技术形成纯氢/掺氢长输管道科技试验平台增强纯氢与天然气掺氢管道输送安全运行保障能力具体内容包括不同压力等级不同管材与焊缝对纯氢/掺氢输送的相容性服役环境对管材及焊缝性能与损伤的影响规律临氢管道焊接等连接技术天然气管道与关键设备掺氢适应性纯氢/掺氢长距离管输工艺大流量掺氢与分离装备高压纯氢及掺氢管道和关键设备的监测检测动态风险评价与寿命预测方法纯氢及掺氢管道和关键设备的事故演化规律完整性管理和安全防范技术研制纯氢/掺氢管道输送应用科技试验平台

考核指标研发大流量掺氢装备掺混比例5%~20%氢气组分控制精度≤1%研发大流量分离装备流量≥100标准立方米/小时氢气分离纯度≥99.999%开发管输工艺寿命预测和完整性管理软件各1套建成可适应于纯氢/掺氢服役工况的内检测技术装备裂纹检测精度≤0.5毫米裂纹检出率≥90%形成纯氢/掺氢管道长距离输送相关材料管输工艺检验检测安全评价完整性管理等国家/行业规范或标准送审稿不少于6项实现纯氢/掺氢管道输送应用的科技试验平台输气压力≥6.3兆帕长度≥10千米管径≥500毫米可同时开展至少三类不同规格管道的测试测试温度范围零下40℃~零上60℃具备测试管路典型部位裂纹和氢泄漏在线检测快速定位功能输氢能力≥10万吨/年纯氢管道掺氢比例5%~20%掺氢管道气密性试验在1.1P设计压力下泄漏率≤0.3%/小时试验时间24小时安全运行90天

3.氢能便捷改质与高效动力

3.1 兆瓦级发电用质子交换膜燃料电池堆应用关键技术(共性关键技术类)

研究内容针对质子交换膜燃料电池在发电领域兆瓦级应用需求突破关键材料国产化零部件和电堆批量化制造一致性和制造效率瓶颈开展高效率大功率质子交换膜燃料电池电堆设计工程化制造技术研究具体包括面向大功率单体电堆的国产化自主材料开发膜电极双极板等关键零部件及其工程化制造技术研究大功率电堆结构设计工作条件和装配工艺对电堆效率寿命及水热管理的影响规律设计具有高效燃料分配热管理能力和高燃料利用率电堆适应发电等领域兆瓦级应用的高效率大功率运行工况研究高一致性高效率电堆组装集成工艺及装备满足批量化制造需求为商业化应用奠定基础

考核指标质子交换膜燃料电池单体电堆功率≥1兆瓦电效率≥60%年产能≥200台其中气体扩散介质抗纵向弯曲模量≥10000兆帕电导率≥1600西门子/米接触电阻≤5毫欧姆·平方厘米在空气端压力不高于150千帕绝对压力的情况下膜电极在0.4安培/平方厘米电流密度处的电压≥0.80V额定工作点电压衰减率在40000小时内≤10%实际测试8000小时性能衰减≤4%密封件成型精度偏差≤0.02毫米氢气外泄漏率每秒≤5×10-8帕·立方米双极板平面厚度差≤20微米电导率≥200西门子/厘米在200千帕氦气检测条件下的气体渗透率≤0.2微升/平方厘米·分钟在0.6兆帕压力下的接触电阻≤5毫欧姆·平方厘米电堆最高工作温度≥95℃支持零下30℃低温启动电堆寿命≥40000小时实际测试10000小时性能衰减≤5%

3.2 百千瓦级固体氧化物燃料电池热电联供系统应用关键技术(共性关键技术类)

研究内容面向以天然气及掺氢天然气为燃料的大功率固体氧化物燃料电池热电联供系统的应用需求针对大功率电堆批量制造衰减过快系统热管理困难等问题开展高可靠性固体氧化物电堆工程化技术与大功率系统集成研究具体包括高可靠长寿命电堆及其批量生产工艺及装备电堆模块化放大策略与技术集成燃料重整器燃烧器换热器和蒸发器等关键部件的高紧凑热平衡系统大功率系统集成运行安全控制策略与在线运行优化控制方法

考核指标使用掺氢天然气的固体氧化物燃料电池系统采用掺氢浓度为0%~15%体积分数的天然气作为燃料时交流输出功率≥100千瓦在不超过750℃运行条件下初始发电效率在0.4安培/平方厘米电流密度处≥65%直流净效率热电联供低热值效率≥85%长期稳定运行时间≥3000小时实测测试后在750℃运行条件下发电效率在0.4安培/平方厘米电流密度处≥60%直流净效率设计使用寿命≥40000小时其中单热区模组功率≥25千瓦单电堆多样本至少3个在大于0.4安培/平方厘米的电流密度下长期稳定运行时间不少于4000小时实测每1千小时衰减率≤15毫欧姆·平方厘米衰减率偏差≤5毫欧姆·平方厘米年产能≥10兆瓦成品率≥95%

3.3 质子交换膜燃料电池与氢基内燃机混合发电系统技术(共性关键技术类)

研究内容针对重载装备和分布式供电设备的高效灵活电源需求开展质子交换膜燃料电池—氢基燃料内燃机混合发电系统关键技术研究具体包括单一现场氢基燃料掺氢天然气等的在线改质纯化与实时调控技术及现场氢源总成研制富氢和/或纯氢燃烧与循环调控技术及其内燃机研制燃料电池系统—内燃机能量耦合机制及核心器件研制现场氢源—燃料电池—氢内燃机全系统联合热力循环设计及建模仿真发电系统各单元内部状态识别及动态工况调控策略燃料电池—内燃机混合动力系统结构集成设计方法

考核指标质子交换膜燃料电池—氢基内燃机混合发电系统单个模块发电额定功率≥150千瓦总功率≥220千瓦发电效率≥45%0%~100%负荷响应时间≤1分钟连续运行≥1000小时燃料电池—热机混合发电系统设计仿真软件1套满足质子膜燃料电池—氢内燃机混合发电系统模拟与仿真需求模型预测燃料电池性能与实验结果误差≤10%

3.4 燃料电池测试技术及关键零组件研制(共性关键技术类)

研究内容针对长寿命燃料电池工作状态的高精度诊断需求开发燃料电池综合诊断技术突破测试用关键零部件及测试装备成套技术具体包括燃料电池单体电堆系统的性能及寿命综合测试台测试台压力流量温湿度等多物理量耦合规律及高精度快速响应加湿系统热管理系统测试台用高精度湿度传感器流量传感器质量流量控制器及背压阀制造技术燃料电池高低压交流阻抗在线测试技术大功率电子负载的电压电流精确测量及控制技术测试台主控系统的工况模拟自动流程控制实验数据管理云数据服务大数据分析等模块集成技术

考核指标质子交换膜燃料电池固体氧化物燃料电池单体测试台功率≥100瓦气体质量流量控制器精度偏差≤0.6%质子交换膜燃料电池电堆测试台功率≥300千瓦质量流量控制器精度优于0.5%控温范围在零下40℃~零上150℃控制精度优于±1℃固体氧化物燃料电池电堆测试台功率≥25千瓦气体质量流量控制器精度偏差≤0.5%最高测试温度≥1200℃控制精度优于±3℃具备固体氧化物电解池测试功能质子交换膜燃料电池系统测试台功率≥300千瓦质量流量控制器精度偏差≤0.5%热管理系统控温范围在零下40℃~零上150℃控制精度优于±1℃大功率电子负载功率≥200千瓦效率≥96%上述测试台的电压及电流精度偏差≤0.5%大功率交流阻抗在线测试装备可覆盖电堆与系统测试台全功率范围精度偏差≤0.5%应用≥10套

3.5 掺氢/氨清洁高效燃烧关键技术(共性关键技术类)

研究内容针对发电深度减碳与清洁供暖的需求研究氢氨等富氢燃料与含碳燃料掺烧的清洁高效燃烧关键技术主要包括两条技术路线

1天然气掺混燃气燃烧特性反应机理及诊断方法富氢掺混燃料的燃烧器动态工况燃烧特性污染物生成特性与预测模型掺混燃料燃烧强化机制与宽范围调节低NOx排放燃烧器优化设计策略与高效清洁燃烧技术基于不同掺混比例稳燃的掺氢/氨燃气高效清洁燃烧技术及设备兼容性掺氢和掺氨燃气兆瓦级燃烧器工业试验氨等富氢燃气供暖系统模拟与能量管控平台

2煤掺混燃料的多相混合多场耦合燃烧特性与反应机理富氢掺混燃料的气固两相燃烧器稳燃特性与操作参数优化污染物生成特性及预测模型气固两相掺混燃料燃烧强化机制低NOx排放燃烧器改进设计策略与高效清洁燃烧工艺包基于不同掺混比例掺混方式的掺氢氨燃煤高效清洁燃烧技术及设备兼容性掺氢氨燃煤燃烧技术在大容量锅炉的工程验证

考核指标两条技术路线分别对应以下考核指标

1兆瓦级掺氢掺氨燃气燃烧器热负荷≥1.0兆瓦在尾气中3.5%氧气浓度条件下当最高掺氢比例不低于70%时燃烧器出口NOx排放≤50毫克/标准立方米在尾气中3.5%氧气浓度条件下当最高掺氨比例不低于30%时燃烧器出口NOx转化率≤5%掺氢天燃气锅炉验证性工程掺氢比≥20%锅炉负荷≥1.0兆瓦NOx排放低于30毫克/标准立方米N2O低于10毫克/标准立方米CH4低于5毫克/标准立方米稳定运行大于168小时形成1~2项国家或行业标准征求意见稿建立掺氢掺氨燃料的燃烧活性中间产物及稳定产物实验诊断方法测量误差≤10%建立掺氢掺氨燃气燃烧生成CONOx有机污染物的预测模型预测误差≤20%

2兆瓦级掺氢/氨气固两相燃烧器累计运行不低于1000小时热负荷≥1.0兆瓦30兆瓦级掺氢/氨气固两相燃烧器热负荷≥30兆瓦实现氢/氨掺烧比例热量比≥25%燃烧器出口氨的NOx转化率≤0.5%完成蒸发量每小时600吨等级以上燃煤锅炉工程验证实现掺氨比例热量比5%~20%连续可调炉膛出口氨的NOx转化率≤0.5%NOx排放低于50毫克/标准立方米按6%基准氧含量折算锅炉尾部烟气氨逃逸浓度≤3ppm摩尔比锅炉效率≥91%20%掺氨工况稳定运行大于168小时建立掺氢/氨燃煤燃烧生成CONOx的预测模型预测误差≤20%

3.6 基于固体电解质的直接氨燃料电池技术(基础研究类青年科学家项目)

研究内容面向紧凑可靠耐久的氨燃料电池系统应用需求研发高功率密度耐冷热循环的中温或低温直接氨燃料电池具体包括开发高性能非铂催化剂及可直接转化氨的电极结构研究电极特性对氨转化与电极性能的影响规律开发耐冷热循环的电池及其低成本制备技术研究电极与电解质特性运行条件对电池性能寿命与冷热循环性能的影响规律

考核指标开发出活性区面积≥25平方厘米的单电池采用纯氨为燃料在≤700℃的条件下电池峰值功率密度≥0.7瓦/平方厘米电池耐冷热循环次数≥30次连续稳定运行≥500小时

3.7 聚合物膜燃料电池非贵金属催化的电极设计与应用关键技术(基础研究类青年科学家项目)

研究内容针对聚合物膜燃料电池低成本应用需求探索高性能非贵金属催化剂及催化层设计制备技术及评价方法实现非贵金属催化电极性能验证具体包括非贵金属燃料电池阴极催化剂原子分子尺度活性中心解析及高一致性宏量制备技术非贵金属催化膜电极三相界面优化与制备技术非贵金属催化膜电极结构强化及寿命保障技术非贵金属催化膜电极测试评价体系

考核指标单批次产量≥10克不同批次电性能偏差≤5%验证性非贵金属催化电堆功率不低于1千瓦其中非贵金属氧还原催化剂在0.9伏电压处相对于RHE电位不计欧姆损失的活性≥0.044安培/平方厘米膜电极氧还原催化剂载量≤4毫克/平方厘米氢—空条件下在0.9安培/平方厘米电流密度对应的单池电压≥0.675伏在0.7伏恒电位下测试超过500小时后电流密度保持率不低于初始值的75%

3.8 燃料电池系统用先进空气压缩机技术(基础研究类青年科学家项目)

研究内容针对氢能重型载运分布式发电用的燃料电池系统对高效率长寿命的稳定供氧器件需求探索适用于大功率燃料电池系统的先进空气压缩机设计及制造技术具体包括高效率大流量低波动的压缩结构设计耐磨蚀长寿命无杂质的压缩腔室材料工艺高工况适应性的系统机电耦合控制方法全工况的系统噪声抑制技术

考核指标研制出适用于燃料电池系统的大流量空压机样机额定流量≥150克/秒最高压缩比≥3.5出口压力波动偏差在10毫秒内≤1%常用工况最高等熵效率≥90%全工况最高噪声≤70分贝空压机排气不含有异于吸气的杂质组分测试标准符合ISO8573启停次数≥2万次实测预期寿命≥10000小时

4.氢进万家综合示范

4.1 中低压氢气管道固态储氢系统及其应用技术(共性关键技术类)

研究内容针对以灰氢和蓝氢为主要氢源的高碳排放生产过程研发基于低成本储氢材料的大容量储放氢系统实现对管输绿氢的高效储存和特定用氢场景的供氢匹配达到降低碳排放的目的具体内容包括以低成本储氢材料为工质的高密度高安全储氢床单体的设计和均一化制备技术储氢系统的传质传热特征与优化集成技术储氢系统循环性能的衰减原因及稳定化方法储氢系统在中低压氢气管道的增压和减压响应特性搭建可在化工冶金两种典型用氢生产过程中储氢系统应用的验证平台

考核指标储氢系统储氢量≥500千克储存1千克氢气的成本≤10000元储氢压力≤5兆帕输入氢气纯度为95%时输出氢气纯度≥99.97%吸氢速率最大值≥5.0千克氢气/分钟吸氢压力在1兆帕~5兆帕供氢速率最大值≥1.0千克氢气/分钟供氢压力在0.2兆帕~4兆帕范围内连续可调经2000次吸/放氢循环后储氢容量保持率≥90%其中储氢材料储氢密度≥70千克氢气/立方米材料成本≤100元/千克在低于100℃时材料的储氢密度≥2.0%可逆放氢量≥95%。