燃料电池

发力新能源新赛道，助推能源清洁低碳发展。研制具有自主知识产权的10兆瓦级及以上海上风电机组和关键部件。推进新型高效晶硅电池发展，加快钙钛矿等新一代光伏电池的研发。加强燃料电池系统集成与控制、高压和液态储氢等关键技术攻关，重点建设中日（上海）地方发展合作示范区

介绍氢能与燃料电池目前在国内外的发展状况、趋势，介绍目前主要的氢能与燃料电池的相关技术及其应用场景。报告表示氢能源是目前重要的储能技术，可再生能源与水电解技术是未来重要的结合方向，研究院的研究重点在PEM水电解制氢技术，与氢能与燃料电池的解决方案与项目示范，目标大力发展氢能源与储能技术。

2021年11月8日，美国威斯康星大学麦迪逊分校研究团队提出了一种基于氨和氮相互转化的氮能源经济。研究发现，将氨添加到含有类铂元素-钌的金属催化剂中会自发地产生氮气，意味着不需要增加额外能量就可以将氨转化为氮，这一过程也可以用来发电。如果该反应发生在一个燃料电池中，使氨和钌在电极表面反应，便可以产生清洁电力。研究团队表示，下一步将弄清楚如何设计相应的燃料电池，并以环境友好的方式创造制作电池所需的原始材料。

在复杂多变的国际环境下，全球能源产业布局调整给氢能发展带来新机遇。国际氢能委员会与管理咨询公司麦肯锡联合发布的分析报告《氢能洞察2023》显示，随着全球氢能产业强势增长，到2030年全球氢能直接投资额有望达3200亿美元。中国产业发展促进会氢能分会发布的《国际氢能技术与产业发展研究报告2023》预测，2050年全球氢能需求将增至目前的10倍，届时氢能产业链产值将超过2.5万亿美元。巨大市场预期进一步推升各路资本对氢能产业链的关注度。然而部分正在融资的氢能企业面临融资难度增加、融资周期拉长、交易对价降低、交易附加条件多等情况。氢能企业需要更清晰地认识当前形势并及时进行有效应对。本文对近期世界主要国家和地区氢能发展走向及变化进行分析，基于现阶段我国氢能产业链现状及趋势，研判产业投融资方向。研究认为，上游环节成为氢能产业投融资扩容的新增长极，电解水制氢产业链企业的融资均聚焦于核心材料领域，以燃料电池制备为主体的中游环节是资本重仓的热点领域，输氢管道投资拉动效益显著。

固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell, SOFC)因具有转换效率高、无污染物排放、运行噪声低等特点被视为前景广阔的绿色发电技术之一，其被广泛应用于电力系统和交通运输等领域。针对SOFC稳态模型的参数优化设计问题，提出了一种基于混沌博弈优化(chaos game optimization, CGO)方法的SOFCs参数提取框架。同时，利用芬兰燃料电池技术公司Elcogen生产的陶瓷阳极支撑型平板式低温单体燃料电池(ASC-400B)工作于两种不同温度(即600 ℃和700 ℃)下的实验数据以及美国蒙大拿州立大学开发的基于物理模型的5 kW级管式SOFC电池堆栈模型在两种不同温度(即850 ℃和950 ℃)下的仿真数据，分别对所提框架、蒲公英优化器(dandelion optimizer, DO)、平衡优化器(equilibrium optimizer, EO)、粒子群优化(particle swarm optimization, PSO)算法和白鲨优化器(white shark optimizer, WSO)的参数提取的性能进行了深入的研究和分析。测试结果表明：相比于DO、EO、PSO和WSO，CGO能够准确、稳定且快速地提取上述各种SOFCs的模型未知参数，为SOFCs的系统建模提供了一种高效的方法。

针对煤矿开采过程中碳排放量高以及乏风、瓦斯、矿井涌水等伴生能源得不到及时有效利用的问题，提出一种低碳经济运行的矿区综合能源系统(coal mine integrated energy system, CMIES)。首先，为使矿区伴生能源得到充分利用，搭建了一个包含燃气轮机、乏风氧化发电单元、水源热泵等设备的CMIES模型。其次，为降低矿区碳排放量，在CMIES中加入光伏、风电、电转气与氢燃料电池等设备。同时，引入阶梯式碳交易机制与绿色证书交易机制(green certificate trading, GCT)，通过“双机制”模型来约束系统碳排放、激励新能源设备出力。最后，调用CPLEX商业求解器，以购能成本、新能源设备运行成本、碳排放成本最小为目标函数进行求解。结果表明：优化后的CMIES碳排放量显著降低，运行成本大幅减少。

本报告主要介绍了新能源前沿基础技术（高比能锂电池、氢能燃料电池、光伏叠层电池）、新能源系统集成技术（电动汽车、车网互动、绿色氢能、新型储能）以及新能源革命前景展望三部分。

近年来，无人机已广泛应用在电力设备巡检，已成为基层班组“要用、爱用”的“工具化”常规运维装备。电力巡检无人机多为锂电多旋翼无人机，续航时间在25-40分钟左右，成为制约电力无人机巡检技术应用瓶颈性难题。 氢能无人机动力来源于氢燃料电池，相对传统的锂电无人机，氢能无人机续航能力为同类型锂电无人机3-5倍，具有多挂载、安全性好、清洁无污染、零下低温适应性等特点，已广泛应用于电力线路精细化巡检、故障特巡、应急巡灾等多个场景。

重点介绍了水电解、甲醇重整制氢及燃料电池技术的研究与应用情况。李俊指出，基于质子交换膜电解水制氢、甲醇重整制氢、燃料电池的储能技术可以促进多领域深度碳减排，实现电网功率动态平衡、可再生能源跨季节、跨地域存储与消纳以及保障电力系统安全稳定运行。

对在全球气候问题不断凸显的当下，能源体系脱碳化是实现可持续发展的关键。氢能有着来源广泛、清洁以及安全可控等特点，将成为能源体系脱碳的重点。全球很多政府都制定了相关政策来激励氢能的发展和应用，例如在中国，氢能和燃料电池预计将为实现2060年国家碳中和的官方承诺发挥重要作用，并已被纳入多项经济发展计划和政策。目前，氢能产业发展特别是其在数据中心应用，仍面临着成本较高、技术不够成熟、配套设施不够完善等亟待解决的难题，需要全产业链参与进来共同促进氢能产业未来商业化发展和落地。ODCC始终关注数据中心技术以及氢能产业及其应用的发展，联合相关单位共同编写本白皮书，对数据中心氢能系统现状、需求和当前主流氢能系统等方面进行了详细的梳理，以期更进一步推动数据中心氢能技术的发展。