3. 生物質能

3.1 纖維素類生物質生物、化學、熱化學轉化液體燃料機理與調控(基礎研究類)

研究內容：針對制約纖維素類生物質轉化液體燃料效率的基礎性問題，開展纖維素類生物質生物、化學、熱化學轉化機理與調控機制研究。

具體包括：纖維素混合糖共代謝機制與基因調控;纖維素乙醇(丁醇)高產機理與動力學模型;纖維素類生物質化學催化轉化液體燃料機理及調控;生物質氣化調變、合成氣催化凈化、重整催化制備液體燃料的轉化機制;分子層面的纖維素類生物質多組分耦合熱分解機理及產物定向調控機制。

考核指標：揭示纖維素類生物質混合糖發酵乙醇(丁醇)機理，提出高效轉化新途徑。纖維素混合糖乙醇(丁醇)轉化率≥90%;纖維素類生物質轉化為車用液體燃料能量轉化率≥37%，轉化為航空用液體燃料能量轉化率≥28%。

3.2 纖維素類生物質催化制備生物航油技術(共性關鍵技術類)

研究內容：針對纖維素類生物質生物航油轉化效率低、經濟性差的問題，開展纖維素類生物質轉化生物航油技術工藝研究。

具體包括：纖維素類生物質高效水熱定向解聚技術;解聚產物碳鏈調控與加氫催化制備長鏈烷烴技術;木質素水熱液化加氫提質制取芳烴及環烷烴技術;纖維素類生物質制取生物航油關鍵技術工程驗證;生物航油全生命周期評價。

考核指標：構建纖維素類生物質制取生物航油工藝技術體系。催化劑壽命≥4000h，纖維素和半纖維素制備生物航油轉化率≥85%，生物航油成本≤9000 元/噸，完成纖維素類生物質制取生物航油千噸級示范生產線運行驗證;生物航油油品質量達到生物航油標準(ASTM-D7566)要求，完成生物航油發動機臺架試驗。

3.3 纖維素類生物質水(醇)解制備酯類燃料聯產化學品技術(共性關鍵技術類)

研究內容：針對纖維素類生物質轉化酯類燃料過程中全組分高效利用的關鍵問題，研究清潔高效酯類燃料制取聯產高附加值化學品的共性技術與工藝途徑，實現纖維素類生物質全組分高效利用。

具體包括：纖維素類生物質組份清潔分離預處理技術;分離組分催化水(醇)解制備酯類燃料聯產高附加值化學品技術;水(醇)解酯化產物低能耗高效分離技術;纖維素類生物質水(醇)解制備酯類燃料聯產化學品關鍵技術工程驗證;酯類燃料復配汽油或柴油技術及全生命周期評價。

考核指標：構建纖維素類生物質組分清潔分離以及催化水(醇)解制備酯類燃料聯產高附加值化學品工藝技術體系。纖維素類生物質清潔預處理分離過程不使用二次污染化學品，木質素脫除率≥80%，纖維素水(醇)解酯類燃料轉化率≥85%，纖維素酯類燃料聯產化學品綜合成本≤7000 元/噸，完成纖維素酯類燃料聯產化學品千噸級示范生產線運行驗證;在國六汽油或柴油中復配10%酯類燃料，其主要污染物排放下降15%以上。

3.4 農業秸稈酶解制備醇類燃料及多聯產技術與示范(應用示范類)

研究內容：針對纖維素醇類燃料經濟性差的問題，開展農業秸稈制備醇類燃料及多聯產的生物煉制技術研究與示范。

具體包括：農業秸稈原料高效清潔預處理及低成本纖維素酶制劑的制備與復配技術;酶解糖化與乙醇、丁醇發酵耦合工藝，同時代謝五碳糖和六碳糖技術;酶解糖液直接發酵乙醇、丁醇與分離耦合工藝，超低能耗乙醇、丁醇膜法分離集成技術;農業秸稈制備燃料乙醇、丁醇多聯產生物煉制千噸級示范生產線;農業秸稈制備燃料乙醇、丁醇，以及沼氣、復合肥多聯產萬噸級示范生產線。

考核指標：噸燃料乙醇的酶制劑成本不高于850 元，噸秸稈燃料乙醇得率不低于170kg，纖維素水解混合糖產丁醇、乙醇等得率不低于0.42g 溶劑/g 總糖，燃料乙醇綜合成本≤7000 元/噸，建立膜法分離集成的千噸級生物煉制示范生產線;建立農業秸稈制備乙醇、丁醇年產3 萬噸以上示范生產線。

4. 地熱能與海洋能

4.1 干熱巖能量獲取及利用關鍵科學問題研究(基礎研究類)

研究內容：針對我國干熱巖資源開發利用的需求，重點研究干熱巖能量獲取及轉換與高效利用中的關鍵科學技術問題。

具體包括：干熱巖儲層能量評價方法與靶區優選;干熱巖能量獲取(現場壓、控裂)方法與測井技術;現場微震監測及數據反演與人工儲層裂隙網絡評價方法;流體在人工儲層多物理場耦合流動傳熱機理與取熱速率優化方法;干熱巖發電及綜合利用技術方案與經濟性評價。

考核指標：優選1~2 個地層溫度≥180℃的干熱巖開發靶區;人工壓裂體積≥1×106m3，儲層滲透率提高10 倍以上;人工壓裂后反演的裂隙網絡尺度誤差≤井深的0.2%;多場耦合模型能量獲取的預測不確定度≤20%;干熱巖人工儲層的產熱率≥2000kWth。

4.2 海洋能資源特性及高效利用機理研究(基礎研究類)

研究內容：針對自主創新海洋能技術的需求，研究海洋能資源特性評估方法及高效利用機理。

具體包括：重點海域海洋能資源特性，海洋能裝置與海洋環境耦合機制;低水頭潮汐水力轉換機理，新型雙向全貫流式潮汐發電原理;潮流能轉換機理，新型高效潮流能發電技術;波浪能轉換機理，新型高效波浪能發電技術;波浪能與潮流能裝置和模型實驗室及實海況測試技術方法與驗證;我國海洋能發展戰略。

考核指標：建立海洋能資源評估方法體系，海洋能裝置與海洋環境耦合模型及驗證;20kW 等級雙向全貫流潮汐發電原理樣機，正向發電效率≥85%，反向發電效率≥75%;1kW 以上新型高效潮流能發電技術，整機轉換效率≥35%;1kW 以上新型高效波浪能發電技術，整機轉換效率≥18%;波浪能和潮流能裝置實驗室及實海況測試方法，針對多種模型和裝置開展測試及驗證;2025年我國海洋能發展路線圖。

5. 氫能

5.1 太陽能光催化、光電催化和熱分解水制氫基礎研究(基礎研究類)

研究內容：面向高效低成本綠色制氫需求，研究太陽能光催化、光電催化和熱分解水制氫的理論與方法。

具體包括：光催化劑微結構對光吸收、光生載流子分離、輸運的影響機制及高效光吸收、寬光譜響應光催化制氫材料體系的構建;光催化制氫反應器催化反應動力學及其與太陽能聚光系統耦合優化設計方法;光電催化制氫多層復合界面間的協同作用和光生電荷在各層間的傳輸機制及水分解反應動力學;高效聚焦太陽能催化光電分解水制氫系統的構建及光熱能綜合利用;直接太陽能聚焦光熱耦合分解水制氫機理、制氫反應體系設計及系統構建。

考核指標：揭示光催化、光電催化分解水制氫構效關系和多界面能量傳遞與損失機制;建立太陽能光催化、光電催化和熱分解水制氫反應器設計理論與方法;太陽能分解水制氫轉化效率≥10%，穩定性≥3000h。

5.2 基于儲氫材料的高密度儲氫基礎研究(基礎研究類)

研究內容：面向高密度安全儲氫需求，研究基于儲氫材料的高密度儲氫理論和方法。

具體包括：可逆氫化物吸/放氫熱力學和動力學調控機理及其雙向催化對吸放氫動力學的改良機制;不可逆氫化物可控催化放氫動力學及高集成度放氫系統的構建;儲氫新材料的創制及其吸/放氫新機理;儲氫系統吸/放氫過程中的氫熱耦合機理及高密度設計方法;氫的高密度儲運技術路線戰略研究。

考核指標：闡明儲氫材料吸放氫熱力學和動力學調控機理及其構效關系，建立高密度儲氫系統設計理論及方法;研制的高密度可逆儲氫系統重量儲氫密度≥5.0wt%;高集成的不可逆氫化物可控放氫系統最大放氫密度≥6.0wt%;新一代高容量儲氫材料重量儲氫密度≥7.0wt%。

5.3 高效固體氧化物燃料電池退化機理及延壽策略研究(基礎研究類)

研究內容：針對固體氧化物燃料電池(SOFC)發電過程的長壽命運行關鍵科學問題開展研究。

具體包括：多相、多組分、多尺度、多物理場的燃料電池傳熱、傳質過程及電化學過程;單電池材料(電解質和電極)劣化和單電池性能衰減機理，單電池結構和運行條件對單電池壽命影響及延壽策略;電堆中高溫密封、金屬連接體和界面接觸材料的退化機理及穩定性研究;千瓦級電堆的多物理場耦合模型以及電池溫度場—應力場耦合效應與低內應力長壽命電池結構設計;輔助系統(BOP)動靜態分析與效率優化的熱電管控策略。

考核指標：提出電池傳熱、傳質過程及電化學過程建模和仿真方法;建立千瓦級電堆的多物理場耦合模型;完成長壽命電池的結構設計和驗證，單電池性能0.6W/cm2@0.7V，短堆(500W)發電效率≥60%(以天然氣或合成氣為燃料，在300mA/cm2 電流密度條件下)，電效率衰減≤0.5%/千小時(不小于5000h 測試);完成BOP 建模和動靜態模擬仿真，提出效率優化與熱電管控方法。

5.4 基于低成本材料體系的新型燃料電池研究(基礎研究類)

研究內容：針對現有燃料電池成本高技術瓶頸，開展低成本材料體系燃料電池探索。

具體包括：質子交換膜燃料電池離子導體內高通量傳輸通道的可控構筑及化學穩定性影響機制;堿性離子交換膜的陰離子傳輸機制與結構穩定性;高效氫氧化和氧還原非貴金屬催化劑的可控制備及電催化動力學;膜電極微納結構設計、可控構筑規律和界面演化機制;千瓦級廉價燃料電池堆的結構設計、集成及性能驗證。

考核指標：闡明新型高通量質子交換膜和堿性離子交換膜的可控構筑規律;實現單張膜面積≥1m2、厚度均一的可控制備。新型高通量質子交換膜離子電導率≥0.15Scm-1(25℃)，堿性離子交換膜離子電導率(25℃)≥0.06Scm-1;新型質子膜單電池壽命≥2000h(工作溫度≥80℃)，堿性離子交換膜單電池穩定工作時間≥1000h(80℃，以空氣為氧化劑)。完成以新型離子膜和非貴金屬催化劑構建的千瓦級電堆和驗證(以空氣為氧化劑)。

5.5 MW 級固體聚合物電解質電解水制氫技術(共性關鍵技術類)

研究內容：面向燃料電池汽車綠色氫源和利用可再生能源制氫的應用需求，開展高效MW 級固體聚合物電解質電解水制氫技術研究。

具體包括：高活性低成本長壽命電解水制氫催化劑、催化電極微結構與制氫效率的構效關系;大面積高電流密度膜電極制備技術;適于高工作壓力雙極板及高導電性、低流阻、抗腐蝕的集電器制備技術;高壓力、低電耗、高功率密度制氫模塊集成技術;適應寬功率波動的制氫系統及控制技術。

考核指標：形成高效固體聚合物電解質電解水制氫樣機，樣機制氫功率≥1MW，額定工況下電解槽直流電耗≤4.1kWh/m3，系統功率調節范圍20-150%，出口氫壓≥3.5MPa。

5.6 質子交換膜燃料電池長壽命電堆工程化制備技術(共性關鍵技術)

研究內容：針對質子交換膜燃料電池長壽命需求，研究長壽命電堆工程化制備技術。

具體包括：關鍵材料、膜電極以及雙極板理化參數對電堆壽命影響;電堆結構和組裝工藝對電堆壽命的影響及失效模式;電堆高耐久性密封組件的高精度原位快速成型技術;系列電堆模塊的極板流場、堆型設計及工程化裝備制造技術;電堆模塊快速在線活化、氣密性快速在線檢測與裝備制造技術。

考核指標：車輛應用電堆額定功率≥60kW，電堆功率密度≥2.5kW/L;電堆低溫冷啟動環境溫度.30℃;電堆在車載工況下實測運行3000h 后電壓下降≤3%，電堆預期壽命≥10000h，電堆成本≤1500 元/kW(按產量10MW/年測算)。發電應用電堆平均單片電壓≥0.7V(1A/cm2)，電堆單片電壓(額定功率)標準偏差<15mV;電堆額定功率下實測運行10000h 后電壓下降≤5%，電堆預期壽命≥20000h;電堆生產能力≥1000 臺/年;電堆成本≤3500 元/kW(按產量10MW/年測算)。

5.7 固體氧化物燃料電池電堆工程化開發(共性關鍵技術類)

研究內容：針對固體氧化物燃料電池(SOFC)單電池和電堆的一致性和壽命等技術難題，開展SOFC 單電池和電堆的批量生產技術及工藝裝備等工程化開發。

具體包括：單電池的結構優化設計以及批量生產工藝技術和裝備;SOFC 電堆高溫穩定的連接體和密封件結構設計以及批量制備工藝技術;長壽命電堆結構設計和性能驗證;SOFC 電堆小批量制備技術及裝備;單電池、連接體、密封件以及電堆的檢測規范。

考核指標：建立長壽命SOFC 設計開發體系，電堆功率≥1.0kW，初始電效率≥60%，實測運行10000h，10000h 后發電效率≥55%;預期壽命≥20000h;電堆冷熱循環實測≥10 次，冷熱循環電效率衰減≤0.5%/c 次，可冷熱循環次數≥100 次;形成SOFC單電池和電堆的工程化技術，電堆產能≥500kW/年。

5.8 燃料電池電堆及輔助系統部件測試技術(共性關鍵技術類)

研究內容：針對長壽命燃料電池系統測試要求，開展電堆及輔助系統部件測試技術研究。

具體包括：大功率燃料電池電堆性能、壽命測試技術和設備，電堆單片電壓巡檢、內阻測量、健康診斷以及數據分析技術;氫氣循環泵、燃料電池電控單元等關鍵輔助系統部件測試設備;應用工況采集和燃料電池系統壽命試驗評價測試方法。

考核指標：燃料電池電堆和輔助系統部件測試設備樣機;燃料電池電堆測試系統可測試容量≥100kW，測試臺動態響應需要模擬實際應用的響應時間，濕度調節響應時間≤10 秒、流體調節響應時間≤3 秒、陽極實現主動供氫、氫循環和間斷排放供能，提交電堆單片電壓分布、具備在線內阻測試功能和健康診斷方法，單片電壓測試精度≤0.1%，內阻測試精度≤1%;建立燃料電池壽命試驗評價規范并形成標準建議稿。

6. 可再生能源耦合與系統集成

6.1 風電場、光伏電站生態氣候效應和環境影響評價研究(基礎研究類)

研究內容：針對我國可再生能源開發利用的生態氣候環境影響，開展風電場、光伏電站生態氣候效應和環境影響評價研究。

具體包括：風電場局地生態氣候效應事實、機理及參數化方法研究;光伏電站局地生態氣候效應事實、機理及參數化方法研究;大規模風能、太陽能資源開發的氣候情景預估及不確定性研究;風電、光伏行業生命周期環境影響評價研究;氣候環境約束下我國風電和光伏產業健康發展對策研究。

考核指標：揭示海陸風電場、不同下墊面光伏電站局地生態氣候效應事實和機理，發展參數化方法;提交我國大規模開發風能、太陽能資源的10km 分辨率區域氣候情景預估;提出風電和光伏行業生命周期環境影響評價方法，建立至少15 種風電、光伏行業產品生命周期清單數據庫;建立氣候環境約束下風電光伏區域優化布局模型，提出產業健康發展對策。

6.2 特色小鎮可再生能源多能互補熱電聯產關鍵技術(共性關鍵技術類)

研究內容：針對我國特色小鎮綠色低碳發展的需求，形成西部和東部特色小鎮完全依賴可再生能源的熱電聯產系統解決方案。

具體包括：多時空多類型可再生能源熱電耦合利用系統結構和規劃設計方法;基于可再生能源的小鎮熱電聯產能源站設計集成、控制及儲能技術;與綠色低能耗建筑結合的可再生能源熱電聯產系統設計集成及能量管理技術;鎮級可再生能源熱電聯產系統先進控制和高效能量管理技術;西部和東部特色小鎮可再生能源熱電聯產系統示范。

考核指標：系統規劃設計軟件包含可再生能源≥5 種;建立西部500 戶以上和東部1500 戶以上特色小鎮的可再生能源熱電聯產示范系統，總裝機≥20MW，其中東部和西部小鎮能源站各1座、包含可再生能源≥3 種，建設可再生能源熱電聯產系統≥3 個，可再生能源多能互補系統100%滿足小鎮能源需求。

6.3 獨立運行的微型可再生能源系統關鍵技術研究(共性關鍵技術類)

研究內容：針對我國海島(礁)、極區、邊遠地區資源和氣候特點，開展獨立運行的微型可再生能源系統關鍵技術研究及裝備研制。

具體包括：獨立運行的微型可再生能源系統資源分析、規劃設計和性能評估通用方法及軟件;海島(礁)光伏/風電/海洋能等多能互補發電系統;適應極區高寒、極晝/夜且可實現與柴油發電系統兼容的極區科考站可再生能源發電系統，極區可再生能源移動供電平臺;邊遠地區離網光伏系統剩余性能評估、擴展重構和互聯技術;高耐候性光伏組件、儲能裝置及電力電子裝備。

考核指標：海島(礁)微型可再生能源發電系統≥100kW;極區科考站發電系統≥50kW，考核運行0.5 年以上;移動供電平臺≥500W;改造西部離網光伏電站≥10 座，總裝機≥500kW;極區科考站可再生能源發電系統和移動供電平臺部件及系統的長期工作最低溫度.50℃，海島多能互補發電部件及系統最大濕度≥90%。

6.4 大規模風/光互補制氫關鍵技術研究及示范(應用示范類)

研究內容：針對冬奧賽區對綠色、低碳能源的重大需求，開展風/光互補制氫系統關鍵技術研究及示范。

具體包括：基于直流微網的離/并網風電/光伏制氫、儲氫系統設計集成、運行控制與能量管理技術;適應離/并網運行及直流微網接入的大功率風電機組、光伏控制/逆變關鍵技術和設備;適應寬功率波動環境下的高適應性電解水制氫關鍵技術及設備;風/光互補制氫系統數據采集及監控、安全保護技術和設備;大規模風電/光伏互補制儲氫系統應用示范。

考核指標：張家口冬奧賽區大規模風/光互補制儲氫示范系統，風電場、光伏電站總容量不小于100MW;其中用于制氫、適應離/并網運行及直流微網接入的大功率風電機組和光伏電站，風電機組總容量≥6MW，光伏電站容量≥2MW;高適應性、模塊化電解制氫設備，制氫純度≥99.995%，制氫量≥800Nm3/h，產氫量調整范圍20-135%;建成風/光制氫系統多能源監控中心。