關於未來能源,江蘇有哪些超前技術布局?
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收藏原題:未來能源首次寫入政府工作報告,江蘇有哪些超前技術布局 ——
集智攻關,“點亮”壯闊的能源未來
今年,政府工作報告提出,培育發展未來能源等未來產業。這是未來能源首次出現在政府工作報告中。“國家將未來能源置於發展未來產業的重要位置,是實現‘雙碳’目標,守好能源安全底線,掌握發展主動權的必然要求。”江蘇省能源研究會理事長、東南大學能源與環境學院院長肖睿說,“相對於光伏、風電、水能等已大規模應用的新能源,未來能源是更先進、尚未大規模使用的能源,包括氫能、新型儲能和核聚變能等。今后,也可能出現更新的能源形態。”
在未來能源的廣闊賽道上,江蘇科研團隊、科技企業怎樣集智攻關,向新技術、新場景進軍?記者近日多方採擷微觀切片,為讀者打開了解未來能源、展望能源未來的“一扇窗”。
氫能:優化核心材料掃除發展“攔路虎”
江蘇氫能產業整體發展水平全國領先,逐步成為新的經濟增長點——這是去年底一場新聞發布會上,省發改委介紹的情況。在“制、儲、運、加、用”產業鏈逐步完善的同時,科技人員在基礎材料、關鍵零部件的核心技術上不斷發力。
在位於南京市建鄴區的江蘇投特新能源有限公司,記者被入口處一個氫燃料電池系統模型所吸引。該公司執行董事、南京大學現代工程與應用科學學院教授姚穎方介紹,氫燃料電池系統並非大眾認知中的儲能電池,本質上是一套“氫能—電能”高效轉換裝置。系統的核心部件電堆,是實現氫能向電能轉化的“心臟”,而其中的膜電極及其配套基礎材料,決定電堆性能與成本。
這家由南京大學科研團隊孵化,以中國科學院院士鄒志剛為首席科學家,集中材料、物理、計算機等領域學者的高新技術企業,致力於膜電極及其核心材料的研發和產業化。2024年,該公司與燃料電池企業合作,向車企交付56輛氫能重型卡車燃料電池電堆。去年,使用投特新能源電堆的氫能重卡投放超200台。
重型卡車長途運輸,為何成為一大氫能應用場景?姚穎方解釋,氫能在能量密度、轉化動能和安全性上都存在天然優勢。在同等載重條件下,49噸氫能重卡行駛600公裡消耗60公斤氫氣,而燃油重卡需要170公斤柴油。氫能重卡可實現3—5分鐘快速加氫,破解純電動重卡重載續航短、充電時間長的痛點。
不過,氫燃料電池商業化也遇到成本“攔路虎”。鉑碳催化劑,膜電極的核心材料之一,因含有貴金屬鉑,成本居高不下。“我們目前在實驗室內做到,在不損害性能和穩定性的前提下,把鉑含量降到原有的20%。預計2027年前后,‘超低鉑’催化劑可以小規模量產。”
團隊還在膜電極的核心——質子交換膜中添加高聚合物樹脂,提高質子傳導速度。這意味著減少散熱能耗、降低對氫氣純度的要求,能夠擴大電池的工作溫度區域。“我們希望把氫燃料電池的工作溫度從‘-30℃到80℃’擴大到‘-30℃到120℃’。”姚穎方信心十足,“預計2028年‘寬溫域’電池小試量產,屆時電池系統成本有望從每千瓦2000元下降到每千瓦1000元。”
優化性能、降低成本,將為氫能產業打開更廣闊的空間,也為低空經濟、具身智能等新興領域提供續航能力強的能源解決方案。
在全力研發下一代氫燃料電池之際,姚穎方觀察到,江蘇多地在探索海上風電制氫、工業副產氫利用等新模式,包括綠色甲醇、綠氨、綠色航煤等在內的氫基能源也逐步發展起來。它們將在遠洋船舶、深海裝備、零碳園區等場景中,得到日漸廣泛的應用。
新型儲能:多元技術打造“巨型充電寶”
常被比喻成“巨型充電寶”的新型儲能,連續3年現身政府工作報告。新型儲能,“新”在哪裡?
天目湖先進儲能技術研究院有限公司有關人士介紹,新型儲能一般指除抽水蓄能外,以輸出電力為主要形式的儲能技術,是支撐新能源大規模發展、推動能源結構轉型的重要技術。
“新”首先在於技術。材料科學、電力電子與熱管理等領域的交叉創新,開辟了鋰離子電池、鈉離子電池、液流電池、飛輪儲能、壓縮空氣儲能等一系列技術路線。“新”還在於應用。如,鋰電池儲能可在用電高峰與低谷間精准調節,實現“削峰填谷”,為電網安全運行提供關鍵支撐﹔飛輪儲能可實現毫秒級快速響應,廣泛應用於地鐵制動能量回收、電網頻率調節等場景,顯著提升能源利用效率。長遠看,隨著技術更加成熟,新型儲能將有力支撐航空航天、智能機器人等產業發展。
作為溧陽市政府與中國科學院物理研究所於2017年聯合創建的新型研發機構,天目湖儲能院全面布局新型儲能產業,在儲能電池、固態電池、高比能電池、正負極材料等領域國際領先,還孵化20多家儲能企業。在熱門的固態電池賽道上,天目湖儲能院將基於所承擔的國家重點研發計劃,在“十五五”開發固態化極片等新技術,並規劃建設固態鋰電池專用中試線,突破固態電池從實驗室到產業化的“最后一公裡”。
不同技術路線上,科研人員奮力挑戰前沿。中國科學院工程熱物理研究所和中科南京未來能源系統研究院攻堅水下壓縮空氣儲能技術,為海洋可再生能源打造“充電寶”。
“海洋孕育著風能、光能、潮汐能等巨大的可再生能源,但海上可再生能源存在著間歇性、隨機性等問題,無法直接、高效並網使用。”該院儲能技術中心儲能技術負責人蘇旭介紹,“海上還是高溫、高濕、高鹽霧的特殊環境,因此急需開發新的儲能技術,滿足海上可再生能源開發對儲能的需求。”
水下壓縮空氣儲能技術實現恆壓儲能、釋能,具有安全、穩定、高效等特點,是適用於海上能源保障的大容量儲能技術。通過水下壓縮空氣儲能與海上可再生能源發電共建,能實現可再生能源發電平滑輸出,為用戶提供穩定可靠的綠色電力。
當前,研發團隊已構建了覆蓋系統設計、裝備研制與並網控制的水下壓縮空氣儲能理論體系,在南京開發了高效水下儲氣設備,並在廊坊完成了兆瓦級水下壓縮空氣儲能測試驗証。蘇旭介紹:“我們計劃在‘十五五’完成兆瓦級水下壓縮空氣儲能技術的示范,助力能源結構低碳轉型。”
核聚變能:“人造太陽”不再遙不可及
作為未來能源的代表,核聚變能有人類“終極能源”之稱。全國兩會期間,國家發改委主任鄭柵潔表示,“十五五”將推進可控核聚變等領域的一系列重大工程和項目。最近公布的“十五五”規劃綱要也明確寫到,推動核聚變能成為新的經濟增長點。
東南大學核科學與技術系主任黃軍林介紹,核能指裂變、聚變等核反應釋放的能量。現有商用核反應堆採用核裂變技術。在核裂變方面,中國主要在攻關小型模塊化反應堆、核能綜合利用、“四代堆”技術﹔在核聚變方面,工程化、商業化的步伐顯著提速。“過去幾十年,科學界說到核聚變什麼時候能商業化,答案總是‘等50年’,但現在業界預計2050年左右實現商用。”
核聚變的技術原理與太陽發光發熱的本質如出一轍,因為被稱為“人造太陽”。科學、資本、產業鏈正合力追逐“人造太陽”。1月,上海星環聚能科技有限公司完成10億元A輪融資,刷新國內民營核聚變企業單筆融資紀錄,受到廣泛關注。黃軍林說:“最近幾年,一些民營企業加入核聚變領域。它們有獨門絕技,參與核心裝備制造,甚至投入大量資金做基礎研究。這個領域出現了國家隊與民企並行、資本與技術相互加持的格局。我們的核工程與核技術專業,在2025級本科生的培養方案中增設‘核聚變能技術’課程,努力為國家培養更多核聚變人才。”
記者了解到,江蘇企業積極加入核聚變產業領域。1月,江蘇天工愛和科技有限公司成為“聚變高端金屬材料研發聯合實驗室”成員單位。該聯合實驗室由合肥綜合性國家科學中心能源研究院牽頭建設,聚焦核聚變裝置需求,系統開展高端金屬材料的基礎研究、關鍵技術攻關與工程化驗証。
今年,總部位於常州、國內軌道交通裝備領域龍頭企業——今創集團股份有限公司“落子”核聚變:與華中科技大學聚變與等離子體研究所陳忠勇團隊成立合資公司、簽約共建新型研發機構。這家研究所是我國磁約束聚變研究的重要基地。陳忠勇為該所副所長,也是科技部“國際熱核聚變實驗堆(ITER)計劃”首批專家。今創集團副總經理高鋒告訴記者,等離子破裂預測與緩解,是可控核聚變從實驗室走向商業化不可逾越的技術門檻。集團與學術團隊深度“綁定”,目標就是共同探索顛覆性技術,打破這個門檻。
從政策引導到協同推進,從鑽研技術到落地應用,創新之力正加快重塑能源版圖,也將“點亮”壯闊的能源未來。(徐冠英 張天愛)
來源:新華日報
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