面向新质生产力的前沿科技展望：新能源

面向新质生产力的前沿科技展望：新能源供给制约较多、绿色低碳转型任务艰巨等一系列挑战。为中国式现代化建设提供安全可靠的能源保障，为共建清洁美丽的世界作出更大贡献。面向新质生产力的前沿科技展望：新能源◆新能源前沿基础技术电动汽车(全固态电池、全自动驾驶)车网互动(以车网互动为核心、房车能路云)绿色氢能(零碳能源系统)新型储能(前面三个的集成：氢能、电池、车网互动)◆新能源革命前景展望高比能电池高比能电池□2022-2025年：高镍三元等正极，石墨和硅碳负极，发展新型电解液和添加剂，实现车规级单体□2025-2030年：高镍三元、富锂正极和高硅、金属锂负极，液态电解质或固态电解质(二者其一或二者都行),实现车规级400Wh/kg的目标口2030-2035年：高镍三元和富锂锰正极、锂金属负极和固态电解质、金属/空气及锂硫材料体系的Wh/kg的目标低成本电池口磷酸铁锂、镍锰酸锂、磷酸锰铁锂及其与三元掺混口低成本钠离子电池、Zn/Al电池和其他金属空气电池体系等4●国内第一例电动汽车火灾发生后成立电池安全实验室；●2015年率先提出关注三元电池电动客车安全，促成工信部开展安全评估和暂停部分电池装车；●为制定国家动力电池热蔓延法规提供技术支撑，保护乘员安全。聚态喷阀测试系统JouleJoule2011年以来，与全球企业和研究机构开展动力电池安全技术研发与产业化，知识产权转移及横向项目金额超过1亿元◆2022年10月，应邀成为国家储能电站安全监控平台专家委员会主任单位，国防特种装备电池安全测试与咨询单位；鑫凳…H定到NatureEnergy,2022年度(全球唯一)DDofUthim-lonBalleries8二瓶针利电池热失控过程瓶针利电池热失控过程电池安全技术电鹅0or主动安全与智能电池动力*动力◆不同模式采用特定的物理方程，全面建立电池系统热失控蔓延模型◆以特征温度f(T1,T2,T3)查表来简化产热运算，模型计算效率提升近20倍·系统烟气流动仿真：仿真结果9主动安全监控：研发电池领域首个面向电池时序数据的大规模预训练模型PERB1.0eeSampledVeciwKNeeZZ早期寿命预测误差率误差率健康状态评估误差率综合故障识别率早期寿命预测误差率误差率健康状态评估误差率综合故障识别率20000+充电桩200MWh+储能20000+充电桩200MWh+储能全国30+城市实现业务落地器A些!#e数据量数据量反反应I:负极与电解液反e于斤反应反应X:正负极气体之间的串扰反应Joule2018反应W:正负极固体物质⊙正极电解液隔膜负极全固态电池⊙性能提升原因采用无机不可燃电解质热稳定性好简化系统安全防护设计可以采用双极板结构兼容金属锂等高容量正负极提升电池模组能量密度并有可能降低制造成本固态电解质的离子跳跃输运匹配电动汽车需求固态电解质不凝固不气化简化冷却机构拓宽电动汽车应用场景电压窗口宽拓宽正负极材料选型范围降低原料成本及资源紧缺风险里物/v格压针利内短路里物/v格压针利内短路过热关键材料固态电解质：空气稳负极：体积膨胀大，库伦效率低电极/电解质界面复合电极/u数控破裂电芯性能倍率增加■高比能锂电池高性能全固态电池热箱温度容量宽温域工作宽温域工作动力系统发动机电动力系统发动机电堆膜电极剥洋葱模式◆牵头2008北京奥运燃料电池客车示范和2022年北京冬奥会氢能示范.■◆自主研发燃料电池发动机，功率覆盖30kW-240kW,零部件国产化率达100%,成果受到总书记检阅。>催化剂、载体多孔结构设计>三相界面调控>多堆一致性>催化剂、载体多孔结构设计>三相界面调控>多堆一致性调控策略>操作条件实时调整>水热管理>健康度管理◆燃料电池科技攻关重点——性能衰减解决方案膜电极及关键材料膜电极及关键材料燃料电池电堆燃料电池系统燃料电池系统◆介孔空间限域提升铂纳米颗粒稳定性◆大幅面高速热质均匀传输流场设计与加工◆电堆高一致性装配与密封技术热状态观测方法，开发自适应水热管理技术，预测电堆剩余寿命，实时向系统发送操作条件需求，实现长时间尺度膜电极单电池电堆◆燃料电池科技攻关重点——全生命周期智能管理基于代理模型快速迭代寻找最优设计参数极板加工与密封工艺自动寻优高一致性电堆装配工艺自动寻优*基于先进传感技术高精度解耦极化过程打造“会说话的电堆”SOH评估与视情维护2基于机器学习的非线性寿命预测实时辨识电堆SOH并制定维护方案◆推进氢能燃料电池领域国际合作国际氢能燃料电池协会InternationalHydrogenFuelCe第一届会员大会暨第一届理事会一次会议协会会员情况2022年6月30日，由中国汽车工程学会、佛吉亚集团、中石化、上汽集团、现代汽车、丰田汽车及英美资源集团等共同参与发起成立的国际氢能燃料电池协会第一届会员大会暨第一届理事会一次会议，在北京成功召开，欧阳明高当选首届理事长。国际氢能燃料电池协会MwmnmG*力RB光伏电池技术发展历程单晶硅电池效率提升到了14%供电卫星——先1873:英国工程Smith在硒中发1839:法国物辆太阳能载2023:阿卜杜拉国王科技大学突破钙00赵赵-n==汽*汽-室发明世界上第一研制出世界上第一块薄块非晶硅太阳能电膜电池室发明世界上第一研制出世界上第一块薄块非晶硅太阳能电膜电池(Cu₂S/CdS),研制出p-a-Si:H/i-a能声油效20.01985:澳大利亚新南威尔士大学第一次将晶硅电钛矿研制出钙钛矿电钛矿研制出钙钛矿电电池效率提升矿品硅叠层电池效率达2022:我国隆基绿2022:太阳能电能突破硅异质结电池效率达到47.6%当前市场占有率：发展技术第一次第一次技术变革技术变革→BC中台技术三代技术技术e下下目前最高效率33.9%理论效率>40%品底电池电子传输层钝化/阻挡层钙钛矿层互联层晶硅底电池]电子传输层钝化/阻挡层钙钛矿层互联层晶硅底电池]◆电流匹配◆界面复合明常见叠层电池构型未配位离子未配位离子反位缺陷空位缺陷暗属斯酸硫钝化聚合物添加剂物建供化，场体化等等能优异拉伸应力与压同类卤素离子聚合应力到入糖意中用析覆火应力料镜欧阳明高团队鄂尔多斯新能源研究院钙钛矿/晶硅叠层光伏电池实验室种钟m种钟机机522m手8通2.TCO-NiOx磁控溅射一体机4.叠层湿法钙钛矿狭缝涂布设备5.叠层湿法钙钛矿退火设备6.C60蒸镀设备7.钙钛矿蒸镀设备8.SnOx原子层沉积系统9.银电极蒸镀设备10.双工位手套箱11.测试设备钙钛矿实验室交付和调试面向新质生产力的前沿科技展望：新能源◆新能源前沿基础技术电动汽车(全固态电池、全自动驾驶)车网互动(以车网互动为核心、房车能路云)绿色氢能(零碳能源系统)新型储能(前面三个的集成：氢能、电池、车网互动)◆新能源革命前景展望电池系统+电池系统+油电混合动力汽车纯电动车电池系统+电机系统+纯电动车控控氢能燃料电池汽车电池系统+电机系统+氢能燃料电池汽车新能源汽车动力系统(2001~2021):清华面向2030年，全固态电池、轮毂电机、滑板底盘均将在电动乘用车产业化电机重量峰值转矩转矩密度转矩密度39.4Nm/kg23.5Nm/kg◆A样机转矩密度超过业内最电动底盘系统集成电动底盘系统集成极速补能是未来趋势，自主研发了下一代480kW三大核心亮点功能，已开始在全国规模化落地。智能超充系统，具备“无析锂快充、冬季脉冲加热、配储自增容”---●吉林长春智能超充站(450kW)河北张家口冬奥会智能超充示范(360kW)北京北汽蓝谷智能超充站(450kW)四川宜宾智能制造基地(筹建)湖北武汉壳牌充电站商用超充(360kW)湖北武汉壳牌充电站商用超充(360kW)数电压数电压>350干瓦5分钟充200公里每分钟换电机构换电电池换电机构换电电池能量密度：160Wh/kg令算力超强，生命周期云端管理)量)量广义车网互动概念·V1G:单向有序充电，仅改变汽车充电时间/速率(例如中午吸收多余太阳能，负载平衡);实现V2G的前提是电动车在停止运行时要通过双向充电桩与电网联接，如果用换电模式，车载电池的储能功能难以发挥(单向有序充电)配电网N2me家庭备用电源楼宇供电局域微网供电”G换电站智慧能源与车网互动技术应用场景换电站协同(农村地区典型场景)⑤中压配电变电站低压配电变电站⑤中压配电变电站低压配电变电站互动，集群后可参与V2G配电网>③V2mG(AC):配合小型火电机组和可再生能源单元快充站智慧楼宇快充站智慧楼宇统，集群后可参与V2G分布式发电单元中压配电网③停车场中压配电网③停车场>⑥换电站V2G能能◆车网互动智慧能源软件平台技术设备的状态监测预测与安全预警信息平台层信息平台层能源交易与市场服务平台：价格机制设计影响设备的可调度状态通讯和网关层功率/能量设备层可调设备在一定范围的集总管理能量管理平台：设备间的能量流动管理可调的能量聚合15台15kW的V2G桩光伏+储能+车网互动+智慧能源场站/园区示范工程@天津：零碳@天津：零碳V2G场站示范打造新一代低碳场站智慧能源管理解决方案17年17年IRR由5.84%提升至9.11%示范性低碳建筑园区智慧能源管理解决方案光伏+储能+V2G,多能互补行业微网群去中心式绿电交易示范项目它=需1创新平台名称首席专家住房城乡建设部质量评定工程技术创新中心建研院检测中心有限公司(牵头单位)、中国建筑科学研究院有限公司、深圳市房屋安全和工程质量检测鉴定中心、北京科技大学、北京工业大学、哈尔滨工业大学、河北省建筑科学研究院有限公司、广西壮族自治区建筑科学研究设计院、中冶检测认证有限公司张仁瑜2筑工程技术创新中心深圳清华大学研究院(牵头单位)、住房和城乡建设部料技与产业化发展中心、深圳市建设科技促进中心、深圳市龙岗区住房和建设局、中建科工集团公司、中建科技集团有限公司、深圳供电局有限公司、华润置地控股有限公司深圳能源集团股份有限公司欧阳明高3住房城乡建设部智能建造工程技术创新中心中建工程产业技术研究院有限公司(牵头单位)、住房和城乡建设部科技与产业化发展中心、东南大学、哈尔滨工业大学、三一筑工京构力科技有限公司、广联达科技股份有限公司、苏州柯利达装饰股份有限公司邱奎宁4工程技术创新中心中国城市建设研究院有限公司(牵头单位)、住房和城乡建设部科技与产业化发展中心、北京林业大学、北京环丁环保大数据研究院、蒙草生态环境(集团)股份有限公司、芷兰生态环境建设有限公司5术创新中心同济大学(牵头单位)、上海市燃气管理事务中心、华润燃气控上海燃气有限公司、中国市政工程华北设计研究总院有限公司秦朝葵DcAcDcAcAc&并网2直连/离网2微网/储能高压气氢高压气氢液氢物理吸附液氨储存箱式货车管道管道船脱附 FC发电氢发电面向近中远期应用，清华团队面开展三种电解水制氢研发与产业化(AEC\PEMEC\SOEC)质子交换膜电解清华-海德团队研发的电解水制氢系统——氢舟氢舟”制氢系统搭载云帆“单片及电堆氢舟”制氢系统搭载云帆“单片及电堆通间2电能纸温冷煤本m佛热管理料电液系院用户侧清华团队开发分布式氢储能系统：光伏+制氢+燃料电池热电联供第三代第三代聚合物第四代离子溶剂膜运行条件盘金属催化剂多孔隔膜聚砜熊够纯水运行能否差压发展状态√成熟商业广品√√中√实验室阶段①抑制负荷波动有利于电网的调度提高火电厂爬坡能力跟踪能力发电侧频率稳定频率稳定ZP→①调频(有功功率)②调压(无功功率)⑤减少配电网投资电网侧①削峰填谷③应急供电④V2G电网稳定支撑磕第三次非安院求安据建大院集中项有康内表出金AROaNRC*T*五大单项新能源核心技术四大集成式智慧能源系统三大主流电力灵活性技术清华大学电池安全实验室清华-丰田燃料电池联合研究中心中美电动汽车国家级联合研究中心面向新质生产力的前沿科技展望：新能源◆新能源前沿基础技术电动汽车(全固态电池、全自动驾驶)车网互动(以车网互动为核心、房车能路云)绿色氢能(零碳能源系统)新型储能(前面三个的集成：氢能、电