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“可再生能源與氫能技術”重點專項2020 年度項目申報指南
為落實《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006—2020年）》以及《“十三五”國家科技創新規劃》《能源技術革命創新行動計劃（2016—2030 年）》《能源技術創新“十三五”規劃》《可再生能源中長期發展規劃》等提出的任務，國家重點研發計劃啟動實施“可再生能源與氫能技術”重點專項。根據本重點專項實施方案的部署，現發布 2020 年度項目申報指南。
本重點專項總體目標是：大幅提升我國可再生能源自主創新能力，加強風電、光伏等國際技術引領；掌握光熱、地熱、生物質、海洋能等高效利用技術；推進氫能技術發展及產業化；支撐可再生能源大規模發電平價上網，大面積區域供熱，規模化替代化石燃料，為能源結構調整和應對氣候變化奠定基礎。專項按照太陽能、風能、生物質能、地熱能與海洋能、氫能、可再生能源耦合與系統集成技術 6 個創新鏈（技術方向），共部署 38 個重點研究任務。專項實施周期為 5 年（2018—2022 年）。
2016—2018 年本重點專項在 6 個技術方向啟動實施 54 個項目。統籌考慮本重點專項實施方案以及過往相關的立項情況，地熱能與海洋能、生物質能方向均已部署覆蓋；結合新形勢下本領域科技發展需要，2020 年擬在氫能、太陽能、風能、可再生能源耦合與系統集成技術 4 個技術方向啟動 14~28 個項目，擬安排國撥經費總概算為 6.06 億元。基礎研究類項目，自籌經費總額與國撥經費總額比例不低于 1:2；共性關鍵技術類項目，自籌經費總額與國撥經費總額比例不低于 1.5:1；應用示范類項目，由企業牽頭申報，自籌經費總額與國撥經費總額比例不低于 3:1。
項目申報統一按指南二級標題（如 1.1）的研究方向進行。除特殊說明外，擬支持項目數均為 1~2 項，實施周期不超過 3 年。申報項目的研究內容須涵蓋該方向（或子方向）標題下指南所列的全部考核指標。基礎研究類項目，每個項目下設課題數不超過 4 個，參與單位總數不超過 6 家；其他類項目，每個項目下設課題數不超過 5 個，參與單位總數不超過 10 家。項目設 1 名項目負責人，項目中每個課題設 1 名課題負責人。指南中“擬支持項目數為 1~2 項”是指：在同一研究方向下，當出現申報項目評審結果前兩位評分評價相近、技術路線明顯不同的情況時，可同時支持這 2 個項目。2 個項目將采取分兩個階段支持的方式。第一階段完成后將對 2 個項目執行情況進行評估，根據評估結果確定后續支持方式。
1. 氫能
1.1 車用耐高溫低濕質子膜及成膜聚合物批量制備技術（共性關鍵技術類）
研究內容：針對車用氫燃料電池的要求，重點突破高溫低濕條件下應用的質子交換膜的產業化技術，具體包括：開發全氟共聚功能單體合成及成套工程裝備技術；高交換容量全氟質子聚合物制備技術；全氟質子交換聚合物高純單分散溶液制備技術；氣體傳遞和自由基作用機理研究；高機械強度、高化學穩定性全氟質子交換膜連續制備技術與裝備，全氟質子膜在燃料電池中的應用。
考核指標：全氟質子聚合物離子交換容量（IEC）≥1.3mmol/g，全氟質子交換聚合物分散粒徑≤200nm；全氟質子膜厚度≤18μm、偏差≤±5%（采樣面積≥300cm2），離子電導率≥0.1S/cm（95℃，60RH%）、0.04S/cm（120℃，30%RH），電子電阻率＞1000Ωcm2，滲氫電流≤2mA/cm2，允許最高運行溫度≥100℃，強度≥45MPa，縱橫向溶脹率≤3%，OCV 測試氟離子釋放率≤0.7μg/cm2/h、循環 OCV 次數≥90，產能≥20 萬 m2/年，成本≤500 元/m2，金屬離子含量≤20ppm。
1.2 堿性離子交換膜制備技術及應用（基礎研究類）
研究內容：研發高性能堿性聚電解質膜連續制備工藝，酸堿雙性膜及電解水制氫，高效電化學合成氨及分解氨反應系統，直接氨燃料電池等應用技術。
考核指標：堿性離子電導率≥0.04S?cm-（125℃）和≥0.14S?cm-1（80℃），氫氣透過率≤0.02mL?min-1?cm-2，機械強度≥20MPa，縱橫向溶脹率≤10%，氫氧燃料電池工作 1000h 膜材料無降解（80℃）、陽離子降解≤5%（1M NaOH 中 80℃下浸泡 5000h），膜連續制備的幅寬≥0.2m，厚度≤25μm（偏差≤±2μm）；酸堿雙性膜水電解單體模塊產氫≥10Nm3/h，制氫純度≥99.99%，電耗≤ 4.1kWh/Nm3H2；電解制氨法拉第效率＞20%，實現 kg 級系統集成；氨 反 向 電 化 學 分 解 效 率 ＞ 95% ； 直 接 氨 燃 料 電 池 ≥150mW/cm2@0.3V，常壓，80℃。
1.3 擴散層用炭紙批量制備及應用技術1（共性關鍵技術類）
研究內容：針對質子交換膜燃料電池批量、低成本需求，突破支撐層用炭紙及氣體擴散層（GDL）批量制備技術與裝備。具體包括：開發炭紙用炭纖維工程化工藝與裝備，研發炭紙用改性粘合劑，開發炭紙石墨化工藝與裝備，研發表面疏水處理等后處理材料及工藝技術，根據“氣—液—電—熱”傳輸與支撐性能要求，開發出系列炭紙；研發炭紙復合微孔層（MPL）強化傳輸技術，開發可在線監測與反饋的 GDL 制備工藝與裝備；開展運行工況下相關可靠性及耐腐蝕性研究。
考核指標：炭紙可控厚度 80μm~190μm、偏差≤±1.5%（采樣面積≥40cm×40cm），孔隙率≥75%，密度 0.3g?cm-3~0.45g?cm-3，垂直向透氣率≥2000mL?mm/（cm2?h?mmAq）、垂直向電阻率≤ 65mΩ?cm、平行向電阻率≤4mΩ?cm、接觸電阻≤5mΩ?cm2，彎曲強度≥10MPa、彎曲模量≥10GPa、拉伸強度≥25MPa，導熱系數（干態）：垂直≥1.7W/（m?K）、平行≥21W/（m?K），產能 40 萬m2/年；MPL 中孔徑可控精度±10nm，表面粗糙度≤7μm；GDL 可控厚度 80μm~250μm、偏差≤±1.5%，可控接觸角≥145o。
1.4 車用燃料電池催化劑批量制備技術（共性關鍵技術類）
研究內容：針對車用燃料電池催化劑對耐久性和一致性的技術要求，突破具備高動態工況耐受能力、兼具高性能/抗中毒特征的鉑基催化劑及其百公斤級批量制備技術。具體包括：研發氧還原活性提高技術，貴金屬用量降低技術，高電位循環耐久技術，抗氫氣雜質（CO、含硫化合物）污染技術；開發高一致性、低雜質含量催化劑工藝配方及批量化制備技術，研發可規模化生產的催化劑納米合成工藝，孔徑分布合理、催化劑易于高分散擔載、成本低廉的先進功能載體處理技術，以及催化劑工業化制備技術與裝備。
考 核 指 標 2 ： 催 化 劑 初 始 氧 還 原 質 量 比 活 性 ≥ 0.35A/mgPt@0.9VIR-free，催化劑電化學活性面積≥60m2/g，耐久性 ①0.6V~0.95V≥3 萬次循環質量活性衰減率≤40%、電化學活性面積衰減率≤40%，耐久性②1.0V~1.5V≥5000 次循環質量活性衰減率≤40%、電化學活性面積衰減率≤40%，氫氣雜質耐受性①CO導致的催化劑質量活性衰減 ≤ 30% （ 0.1M HClO4 1000 ppm CO/H2），并且催化劑在膜電極中性能衰減≤10mV（在 1A/cm2，1 ppm CO/H2，24h）；②硫化物導致的催化劑活性面積衰減≤30%（0.36ppm H2S，24h），在膜電極中性能衰減≤30mV（在 1A/cm2， 0.004 ppm H2S，24h）。產能≥2000g/批次、≥200kg/年，粒徑及性能偏差≤±8%，Cl-含量小于 50 ppm wt，Fe 含量小于 50 ppm wt，2 參照 NEDO 或 DoE 相關規程，除非特殊說明量產成本≤（Pt 現貨價格·PGM wt% + 100）元/g。批次樣品可供第三方在產線采集、評估，提供項目外客戶應用證明。
1.5 質子交換膜燃料電池極板專用基材開發（共性關鍵技術類）
研究內容：針對質子交換膜燃料電池用極板的可加工性、耐蝕性技術要求，研發具備特殊微結構、高耐蝕、低電阻專用超薄基材及其批量制備工藝。具體包括：高耐蝕、低電阻、易于精密成型的不銹鋼和鈦合金基材，及高強度與彈性、高致密與導電性、超薄復合石墨極板，其成份設計、混合熔鑄、組織調控與前后處理技術，及其可連續工業級制備技術與裝置的研發；基材耐蝕、導電、可成形性綜合性能評估；超薄基材極板試制及壽命快速評估方法研究。
考核指標：不銹鋼與鈦合金薄板基材厚度 50μm~150μm、偏差 ≤ ±4μm ， 抗 彎 強 度 ≥ 25MPa ， 初 始 ： 接 觸 電 阻 ≤3mΩ?cm2@1.4MPa（接觸炭紙）、腐蝕電流≤5.00×10-7A/cm2@80℃（0.5M 硫酸+5ppm F- 溶液），10000 小時工況后：接觸電阻≤8mΩ·cm2@1.4MPa、腐蝕電流≤10.00×10-7A/cm2@80℃，濕熱循環測試后無腐蝕、無變形，產能≥1000 噸/年，延伸率：不銹鋼≥55%、鈦合金≥30%，體相電阻率：不銹鋼≤0.075mΩ·cm、鈦合金≤0.17mΩ·cm，成本：不銹鋼≤25 元/kg，鈦合金≤150 元/kg；超薄復合石墨板厚度≤1.4mm、最薄處厚度 0.1mm~0.3mm，平面度≤10μm，電導率≥150S/cm，透氣率≤2×10-8cm3（cm2?s）-1，工作壓力≥1bar（g），彎曲強度≥50MPa，接觸電阻≤10mΩ?cm2，短堆工作 5000h、性能降幅≤10%。
1.6 車用燃料電池堆及空壓機的材料與部件耐久性測試技術及規范（共性關鍵技術類）
研究內容：針對質子交換膜燃料電池的產業化過程質量控制的需求，開展電堆關鍵材料及系統部件耐久性、電磁兼容性測試技術及規范研究。具體包括：研究電堆運行過程中的健康診斷方法，進行實際驗證；研究電堆關鍵材料（催化劑、膜、炭紙、極板基材、防腐涂層等）理化參數及核心部件（膜電極、雙極板、密封件等）特性參數的測量方法、等效加速老化方法，建立關聯數據庫并形成規范；研發燃料電池系統用空壓機關鍵性能、環境適應性、耐久性等加速測試技術，形成壽命預測與驗證方法；研發車用燃料電池系統的電子控制單元離線電磁兼容輻射發射、傳導發射、電磁場抗擾度、瞬態抗擾度、靜電放電等測試技術，形成規范方法。
考核指標：車載電堆健康診斷裝置對電堆氫滲檢出率＞90%；在 5000 小時測試的基礎上，建立性能與耐久性評測方法、流程規范，包括：催化劑、質子膜、擴散介質、膜電極、雙極板、密封件及短堆，形成特性/理化參數及其測量方法集合≥10 類，基于工況衰變規律的壽命模型預測偏差≤10%；空壓機耐久性測試方法加速系數≥15、偏差≤3%，研制的綜合測試設備適應系統功率范圍45kW~150kW；建立電磁兼容離線性能測試方法、流程規范，至少包括電子控制單元（ECU）、節電壓巡檢（CVM）、空壓機控制器；建成的電磁兼容性測試平臺，在燃料電池工作情況下：輻射發射測試能力達到 18GHz ，輻射抗擾度能力在 400MHz 至 3000MHz 范圍內達到 200V/m。
1.7 公路運輸用高壓、大容量管束集裝箱氫氣儲存技術（共性關鍵技術類）
研究內容：針對國內現有 20MPa 管束車儲氫量小、運輸成本高等問題，開展更高儲存壓力下的公路運輸用大容量管束集裝箱氫氣儲存技術研究。具體包括：高長徑比、高壓儲氫瓶纖維纏繞設計與工藝；大容量內膽成型技術；使用工況下高壓儲氫瓶的失效機理研究與測試技術；滿足道路運輸法規要求的高壓大容量管束集裝箱體設計與集成技術；大容量高壓儲氫瓶試驗方法和標準研究。
考核指標：儲氫瓶公稱工作壓力≥50MPa，單瓶水容積≥ 450L，單瓶儲氫密度≥5.5wt%，循環壽命≥15000 次（水壓充放循環試驗壓力 10%（最大不超過 3MPa）~150%公稱工作壓力）；管束集裝箱儲氫量≥1000kg（符合道路運輸法規要求），使用環境溫度-40℃~60℃；形成相關儲氫高壓管束集裝箱國家/行業產品標準送審稿。
1.8 液氫制取、儲運與加注關鍵裝備及安全性研究（應用示范類）
研究內容：針對千輛級商用車集中運行對氫燃料制備、輸配及加注的需求，開展氫氣液化工藝、液氫儲運和液氫存儲—氣氫加注站的相關研究。具體包括：高效正仲氫轉化、液氫溫區高真空多層絕熱技術研究；液氫儲罐和運輸用液氫槽罐的研制；大規模氫氣液化工藝流程開發和優化；氫氣液化過程量化風險分析、安全防護、預警和應急分析；液氫加氫站工藝流程開發及布局優化；氣氫與液氫加氫站風險、安全及經濟性量化對比分析。
考核指標：液化能力 ≥ 5 噸 / 天單套裝備，仲氫含量（Para-hydrogen，體積分數）≥95%，氫氣液化能耗≤13kWh/kg，液氫純度（摩爾分數）≥99.97%；儲存用液氫儲罐容積≥300m3，液氫靜態日蒸發率≤0.25%/天，維持時間≥30 天；運輸用液氫槽罐≥40m3，液氫靜態日蒸發率≤0.73%/天，維持時間≥12 天，真空壽命≥5 年；開發具備 35MPa 和 70MPa 加注能力液氫儲存氣態加注站工藝包，站內液氫儲量≥500kg，峰值加氫能力≥500kg/天，氫氣加注能耗≤2.50kWh/kg-H2；完成兩種氫氣儲存類型加氫站的泄漏監測、安全運行和經濟性評價示范項目。
1.9 醇類重整制氫及冷熱電聯供的燃料電池系統集成技術（共性關鍵技術類）
研究內容：針對高效、環保、長壽命分布式供能系統應用需求，開展燃料電池冷—熱—電聯供系統的關鍵技術研發。具體包括：用于分布式供能的醇類重整制氫系統技術；質子交換膜燃料電池的空氣在線凈化技術；質子交換膜燃料電池冷—熱—電聯供系統技術；固體氧化物燃料電池熱電聯供系統技術；燃料電池冷—熱—電聯供系統模擬仿真、系統集成優化及能量管控技術。考核指標：全自動甲醇重整制氫集成系統產氫能力 ≥30Nm3/h、效率≥85% LHV，氫氣中 CO≤0.2ppm、總硫≤4ppb，冷態自啟動時間≤30min，動態負荷調節能力≥50%；空氣在線凈化系統 SO2、NO2、VOC、甲醛、O3 脫除率≥95%，NH3 脫除率≥ 80%（污染物基準濃度 1ppm），PM10 以下大氣氣溶膠脫除率≥ 99%，無故障運行時間≥1500h；冷熱電聯供的質子交換膜燃料電池系統額定發電功率≥30kW，發電效率≥50%，70℃余熱條件下、制冷效率≥40%，系統供電制冷效率≥70% LHV，連續運行≥ 3000h；基于重整合成氣為燃料的固體氧化物燃料電池熱電聯供系統額定發電功率≥30kW、發電效率≥55%（DC，LHV），熱電聯供總效率≥85%，連續運行≥1000h。
2. 太陽能
2.1 萬小時工作壽命的鈣鈦礦太陽電池關鍵技術（基礎研究類）
研究內容：針對高穩定性鈣鈦礦太陽電池技術要求，開展電池性能退化機制與評價方法、電池關鍵功能層和器件的設計與制備研究。具體包括：鈣鈦礦光吸收材料本征穩定性研究；高性能鈣鈦礦光吸收層穩定化設計與制備；高性能電荷傳輸層穩定化設計與制備；加速老化條件下器件退化機制與評價方法；高穩定性器件制備工藝和技術；穩定器件一致性控制技術。
考核指標：器件最高效率≥20%（面積≥0.5cm2），在 50±10℃、AM1.5G（1000W/m2 ）模擬太陽光條件下最大功率點持續輸出 10000 小時，器件效率衰減≤20%；開發出具有高穩定性的鈣鈦礦光吸收層和電荷傳輸層，在 85℃、AM1.5G（1000W/m2）加速老化 1000 小時條件下，主要光電性能衰減≤5%；在 85℃、AM1.5G（1000W/m2）加速老化 1000 小時條件下，器件效率衰減≤10%；在光照/黑暗交替加速老化條件下循環 1000 次，循環周期≥20 分鐘，器件效率衰減≤10%；在-40℃~80℃之間冷熱交替、極端溫度下保持≥10 分鐘的加速老化條件下循環 200 次，器件效率衰減≤10%；小批量器件樣品數≥30，以在 85℃、AM1.5G（1000W/m2）加速老化 1000 小時條件下器件效率衰減≤10%為標準，不合格率≤20%。
有關說明：實施周期不超過 4 年。
2.2 高效、低成本晶體硅太陽電池關鍵技術研究（共性關鍵技術類）
研究內容：面向太陽電池高效率、強穩定性和低成本的需求，進行晶體硅電池新材料與結構技術和相關核心設備的開發。具體包括：開發滿足高效晶體硅材料生長的熱場技術及設備；研究硅襯底中雜質和缺陷的形成機理及對穩定性的影響；PN 結形成方式和特性對電池效率及穩定性的影響關系；高效電池成套制備技術及接觸鈍化沉積等核心裝備技術；相關新材料與電池技術標準（含晶體硅材料與電池產品規范及關鍵制造設備標準等）。
考核指標：開發出滿足大尺寸硅晶體穩定生長的熱場，單個硅晶體重量≥1300 公斤，有效抑制晶體中孿晶的產生，整晶體中單晶占比≥90%，平均位錯密度≤1×105/cm2，平均少數載流子擴散長度≥500μm；批次穩定大面積（156×156mm2 以上）電池正面光電轉化效率 25% 以上，在 75oC 下電池的熱輔助光致衰減（LeTID）≤0.5%；開發出單臺年產能＞50MW 的接觸鈍化沉積核心電池制造裝備。
3. 風能
3.1 新型高效風能轉換裝置關鍵技術（基礎研究類）
研究內容：面向我國高空、海上等風資源多元化利用需求，研發不同電網連接方式下兆瓦級概念創新型高效風能轉換裝置。具體包括：風能轉換裝置的新概念、新機理和高效能量轉換關鍵技術；開展關鍵系統及設備可行性研究，提出概念設計方案、樣機試制及其系統平臺驗證的實施方案；微網、離網或并網條件下新型風力發電系統智能控制和能量綜合利用關鍵技術。
考核指標：完成兆瓦級創新型高效風能轉換裝置概念設計，建立數字虛擬仿真模型，理論最大風能轉換效率 CPmax≥0.5，能量綜合利用效率≥40%，設計壽命≥25 年；完成樣機試制，關鍵零組件可行性論證及測試方法通過第三方評估；并網型可連續運行 ≥7 天，微網或離網型可連續運行≥14 天。
3.2 大型柔性葉片氣動彈性設計關鍵技術（共性關鍵技術類）
研究內容：針對大型風電葉片的設計需求，研究大型柔性葉片氣動彈性設計關鍵技術，自主建立大型柔性葉片動態仿真模型和設計方法。具體包括：湍流風況下大型柔性風電葉片氣動—結構耦合動態響應模擬和測試技術；大型柔性葉片氣彈穩定性機理和破壞性顫振預測技術；大型柔性風電葉片被動降載和顫振控制技術；基于氣彈耦合效應的大型葉片高效、低載、輕量化設計技術。
考核指標：自主開發風電葉片動態仿真軟件 1 套，通過測試驗證，動態變形和動態載荷計算誤差≤15%；提出適用于大型柔性風電葉片顫振的工程判據，通過實驗或測試驗證并形成工具包 1 個，顫振速度預測誤差≤15%；葉根疲勞載荷降低≥3%，葉根極限載荷降低≥5%，顫振邊界≥風輪額定轉速的 120%；耦合氣動彈性關鍵技術，自主開發大型柔性葉片設計軟件 1 套，滿足 90m~120m 葉片設計需求，并應用于 100m 級風電葉片設計，所設計葉片需通過第三方設計評估，并完成樣片研制，最大風能吸收效率 CPmax≥0.49，相對于同級別葉片減重≥2%。
4. 可再生能源耦合與系統集成技術
4.1 可離網型風/光/氫燃料電池直流互聯與穩定控制技術（共性關鍵技術類）
研究內容：針對風能、太陽能與氫能多元耦合獨立微網，著重突破氫能支撐的可離網型風/光/儲/氫燃料電池直流互聯系統安全、穩定、經濟運行的關鍵技術。具體包括：氫能支撐的可離網型風/光/儲/氫燃料電池直流互聯系統及部件參數優化匹配設計技術；氫能與電池混合儲能技術，包含高效制氫、儲氫及向加氫站供氫單元，高效燃料電池發電及廢熱綜合利用單元；大功率高效率直流變換器技術，包含電解水制氫和氫燃料電池發電直流變換技術；電—熱—氫綜合能量管理技術，包含新能源汽車并網互動響應技術、離網充電沖擊控制技術。
考核指標：形成總體技術示范平臺：滿足不少于 10 輛氫能燃料電池汽車加氫、50 輛純電動汽車直流快充沖擊需求，發電能力≥2MW，直流互聯電壓等級≥10kVdc，直流互聯系統效率≥95%，供熱能力≥100kW，制氫、供氫規模≥100kg/天，可離網連續運行≥168h（運行負荷不低于 300kW）；開發氫能與電池混合儲能系統，電池儲能≥1MW/500kWh，儲氫能力≥200kg、氫氣純度≥99.99%，氫燃料電池發電≥150kW、熱電綜合利用效率≥80%；直流變換器0~90%電流響應時間≤10ms，輸出電壓紋波≤5%；微網監控與能量管理系統可支持監測點≥100 個，數據采集頻率≥1Hz，控制指令響應時間≤100ms。
“ 可再生能源與氫能技術 ” 重點專項2020 年度項目申報指南形式審查條件要求
“可再生能源與氫能技術”重點專項2020 年度項目申報指南編制專家名單
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