集智攻關(guān)，“點(diǎn)亮”壯闊的能源未來(lái)

今年，政府工作報告提出，培育發(fā)展未來(lái)能源等未來(lái)產(chǎn)業(yè)。這是未來(lái)能源首次出現在政府工作報告中。“國家將未來(lái)能源置于發(fā)展未來(lái)產(chǎn)業(yè)的重要位置，是實(shí)現‘雙碳’目標，守好能源安全底線(xiàn)，掌握發(fā)展主動(dòng)權的必然要求。”江蘇省能源研究會(huì )理事長(cháng)、東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院院長(cháng)肖睿說(shuō)，“相對于光伏、風(fēng)電、水能等已大規模應用的新能源，未來(lái)能源是更先進(jìn)、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(tài)。”

在未來(lái)能源的廣闊賽道上，江蘇科研團隊、科技企業(yè)怎樣集智攻關(guān)，向新技術(shù)、新場(chǎng)景進(jìn)軍?記者近日多方采擷微觀(guān)切片，為讀者打開(kāi)了解未來(lái)能源、展望能源未來(lái)的“一扇窗”。

氫能：優(yōu)化核心材料掃除發(fā)展“攔路虎”

江蘇氫能產(chǎn)業(yè)整體發(fā)展水平全國領(lǐng)先，逐步成為新的經(jīng)濟增長(cháng)點(diǎn)——這是去年底一場(chǎng)新聞發(fā)布會(huì )上，省發(fā)改委介紹的情況。在“制、儲、運、加、用”產(chǎn)業(yè)鏈逐步完善的同時(shí)，科技人員在基礎材料、關(guān)鍵零部件的核心技術(shù)上不斷發(fā)力。

在位于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(gè)氫燃料電池系統模型所吸引。該公司執行董事、南京大學(xué)現代工程與應用科學(xué)學(xué)院教授姚穎方介紹，氫燃料電池系統并非大眾認知中的儲能電池，本質(zhì)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(shí)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(xué)科研團隊孵化，以中國科學(xué)院院士鄒志剛為首席科學(xué)家，集中材料、物理、計算機等領(lǐng)域學(xué)者的高新技術(shù)企業(yè)，致力于膜電極及其核心材料的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。2024年，該公司與燃料電池企業(yè)合作，向車(chē)企交付56輛氫能重型卡車(chē)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臺。

重型卡車(chē)長(cháng)途運輸，為何成為一大氫能應用場(chǎng)景?姚穎方解釋?zhuān)瑲淠茉谀芰棵芏?、轉化動(dòng)能和安全性上都存在天然優(yōu)勢。在同等載重條件下，49噸氫能重卡行駛600公里消耗60公斤氫氣，而燃油重卡需要170公斤柴油。氫能重卡可實(shí)現3—5分鐘快速加氫，破解純電動(dòng)重卡重載續航短、充電時(shí)間長(cháng)的痛點(diǎn)。

不過(guò)，氫燃料電池商業(yè)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(shí)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(chǎn)。”

團隊還在膜電極的核心——質(zhì)子交換膜中添加高聚合物樹(shù)脂，提高質(zhì)子傳導速度。這意味著(zhù)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(chǎn)，屆時(shí)電池系統成本有望從每千瓦2000元下降到每千瓦1000元。”

優(yōu)化性能、降低成本，將為氫能產(chǎn)業(yè)打開(kāi)更廣闊的空間，也為低空經(jīng)濟、具身智能等新興領(lǐng)域提供續航能力強的能源解決方案。

在全力研發(fā)下一代氫燃料電池之際，姚穎方觀(guān)察到，江蘇多地在探索海上風(fēng)電制氫、工業(yè)副產(chǎn)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(fā)展起來(lái)。它們將在遠洋船舶、深海裝備、零碳園區等場(chǎng)景中，得到日漸廣泛的應用。

新型儲能：多元技術(shù)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”在哪里?

天目湖先進(jìn)儲能技術(shù)研究院有限公司有關(guān)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(shù)，是支撐新能源大規模發(fā)展、推動(dòng)能源結構轉型的重要技術(shù)。

“新”首先在于技術(shù)。材料科學(xué)、電力電子與熱管理等領(lǐng)域的交叉創(chuàng )新，開(kāi)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(shù)路線(xiàn)。“新”還在于應用。如，鋰電池儲能可在用電高峰與低谷間精準調節，實(shí)現“削峰填谷”，為電網(wǎng)安全運行提供關(guān)鍵支撐;飛輪儲能可實(shí)現毫秒級快速響應，廣泛應用于地鐵制動(dòng)能量回收、電網(wǎng)頻率調節等場(chǎng)景，顯著(zhù)提升能源利用效率。長(cháng)遠看，隨著(zhù)技術(shù)更加成熟，新型儲能將有力支撐航空航天、智能機器人(16.600, -0.08, -0.48%)等產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

作為溧陽(yáng)市政府與中國科學(xué)院物理研究所于2017年聯(lián)合創(chuàng )建的新型研發(fā)機構，天目湖儲能院全面布局新型儲能產(chǎn)業(yè)，在儲能電池、固態(tài)電池、高比能電池、正負極材料等領(lǐng)域國際領(lǐng)先，還孵化20多家儲能企業(yè)。在熱門(mén)的固態(tài)電池賽道上，天目湖儲能院將基于所承擔的國家重點(diǎn)研發(fā)計劃，在“十五五”開(kāi)發(fā)固態(tài)化極片等新技術(shù)，并規劃建設固態(tài)鋰電池專(zhuān)用中試線(xiàn)，突破固態(tài)電池從實(shí)驗室到產(chǎn)業(yè)化的“最后一公里”。

不同技術(shù)路線(xiàn)上，科研人員奮力挑戰前沿。中國科學(xué)院工程熱物理研究所和中科南京未來(lái)能源系統研究院攻堅水下壓縮空氣儲能技術(shù)，為海洋可再生能源打造“充電寶”。

“海洋孕育著(zhù)風(fēng)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(zhù)間歇性、隨機性等問(wèn)題，無(wú)法直接、高效并網(wǎng)使用。”該院儲能技術(shù)中心儲能技術(shù)負責人蘇旭介紹，“海上還是高溫、高濕、高鹽霧的特殊環(huán)境，因此急需開(kāi)發(fā)新的儲能技術(shù)，滿(mǎn)足海上可再生能源開(kāi)發(fā)對儲能的需求。”

水下壓縮空氣儲能技術(shù)實(shí)現恒壓儲能、釋能，具有安全、穩定、高效等特點(diǎn)，是適用于海上能源保障的大容量?jì)δ芗夹g(shù)。通過(guò)水下壓縮空氣儲能與海上可再生能源發(fā)電共建，能實(shí)現可再生能源發(fā)電平滑輸出，為用戶(hù)提供穩定可靠的綠色電力。

當前，研發(fā)團隊已構建了覆蓋系統設計、裝備研制與并網(wǎng)控制的水下壓縮空氣儲能理論體系，在南京開(kāi)發(fā)了高效水下儲氣設備，并在廊坊完成了兆瓦級水下壓縮空氣儲能測試驗證。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(shù)的示范，助力能源結構低碳轉型。”

核聚變能：“人造太陽(yáng)”不再遙不可及

作為未來(lái)能源的代表，核聚變能有人類(lèi)“終極能源”之稱(chēng)。全國兩會(huì )期間，國家發(fā)改委主任鄭柵潔表示，“十五五”將推進(jìn)可控核聚變等領(lǐng)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(xiě)到，推動(dòng)核聚變能成為新的經(jīng)濟增長(cháng)點(diǎn)。

東南大學(xué)核科學(xué)與技術(shù)系主任黃軍林介紹，核能指裂變、聚變等核反應釋放的能量?，F有商用核反應堆采用核裂變技術(shù)。在核裂變方面，中國主要在攻關(guān)小型模塊化反應堆、核能綜合利用、“四代堆”技術(shù);在核聚變方面，工程化、商業(yè)化的步伐顯著(zhù)提速。“過(guò)去幾十年，科學(xué)界說(shuō)到核聚變什么時(shí)候能商業(yè)化，答案總是‘等50年’，但現在業(yè)界預計2050年左右實(shí)現商用。”

核聚變的技術(shù)原理與太陽(yáng)發(fā)光發(fā)熱的本質(zhì)如出一轍，因為被稱(chēng)為“人造太陽(yáng)”?？茖W(xué)、資本、產(chǎn)業(yè)鏈正合力追逐“人造太陽(yáng)”。1月，上海星環(huán)聚能科技有限公司完成10億元A輪融資，刷新國內民營(yíng)核聚變企業(yè)單筆融資紀錄，受到廣泛關(guān)注。黃軍林說(shuō)：“最近幾年，一些民營(yíng)企業(yè)加入核聚變領(lǐng)域。它們有獨門(mén)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(gè)領(lǐng)域出現了國家隊與民企并行、資本與技術(shù)相互加持的格局。我們的核工程與核技術(shù)專(zhuān)業(yè)，在2025級本科生的培養方案中增設‘核聚變能技術(shù)’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(yè)積極加入核聚變產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。1月，江蘇天工愛(ài)和科技有限公司成為“聚變高端金屬材料研發(fā)聯(lián)合實(shí)驗室”成員單位。該聯(lián)合實(shí)驗室由合肥綜合性國家科學(xué)中心能源研究院牽頭建設，聚焦核聚變裝置需求，系統開(kāi)展高端金屬材料的基礎研究、關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)與工程化驗證。

今年，總部位于常州、國內軌道交通裝備領(lǐng)域龍頭企業(yè)——今創(chuàng )集團股份有限公司“落子”核聚變：與華中科技大學(xué)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(fā)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(cháng)，也是科技部“國際熱核聚變實(shí)驗堆(ITER)計劃”首批專(zhuān)家。今創(chuàng )集團副總經(jīng)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(shí)驗室走向商業(yè)化不可逾越的技術(shù)門(mén)檻。集團與學(xué)術(shù)團隊深度“綁定”，目標就是共同探索顛覆性技術(shù)，打破這個(gè)門(mén)檻。

從政策引導到協(xié)同推進(jìn)，從鉆研技術(shù)到落地應用，創(chuàng )新之力正加快重塑能源版圖，也將“點(diǎn)亮”壯闊的能源未來(lái)。