来源：工程师学院

原文链接：氢能科学与工程项目介绍【2024年版】 (zju.edu.cn)

1. 项目背景

氢能作为能量密度高、来源多样、清洁环保、应用广泛的二次能源，可实现电、气、热等不同能源形式的相互转化，是构建以清洁能源为主的多元能源供应体系的重要载体，在交通、运载、建筑、储能、电力等领域具有广阔的应用前景。氢能的开发和利用已经成为新一轮世界能源技术变革的重要方向。

根据国际氢能源委员会预测，到2050年氢能将占全球能源需求的18%。日本、美国、欧盟、韩国等国家和地区相继明确了氢能的发展定位，制定了氢能产业政策和规划。截至2021年10月，全球已有17个国家和地区发布了氢能战略规划。

在我国，氢能是《国家创新驱动发展战略纲要》《能源技术革命创新行动计划(2016-2030)》《‘十四五’规划和2035年远景目标纲要》等国家重要战略规划的重点支持方向。《中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》强调要统筹推进氢能“制储输用”全链条发展，推动加氢站建设，推进可再生能源制氢等低碳前沿技术攻关，加强氢能生产、储存、应用关键技术研发、示范和规模化应用。《国务院关于印发2030年前碳达峰行动方案的通知》指出要加快氢能技术研发和示范应用，探索在工业、交通运输、建筑等领域规模化应用。发展氢能已成为我国应对气候变化、实现“双碳”目标、保障能源安全的战略选择。

随着关键技术突破，我国制氢、储氢、输氢、用氢装备国产化进程加快，实现了1300m3/h碱性电解水装置、45MPa氢气压缩机、98MPa大容积高压储氢容器等装备的自主可控和批量生产，实现了小规模全产业链示范运营，为氢能大规模商业化应用奠定了基础。

但是，随着氢能产业规模的扩大，应用场景的增加，装备极端化（如压力达140MPa、温度至-253℃）、轻量化和智能化发展的加速，我国氢能产业发展面临以下挑战：

（1）我国年产氢量（2021年约3300万吨）全球第一，但95%以上氢气源于化石能源和工业副产气，绿氢占比不到5%，亟待开发可再生能源大规模、低成本制氢技术和装备，实现零碳制氢；

（2）氢能储输成本高，亟待突破高安全、低成本、大容量氢能储输装备技术，实现自主可控；

（3）氢能应用场景主要集中在交通运载领域，亟待突破，实现深度开发；

（4）安全保障能力弱，亟待攻克超高压、极低温氢能装备安全检测评价技术，实现氢能安全发展。

2. 项目特点

本项目将通过能源工程学院、化学工程与生物工程学院、电气工程学院、材料科学与工程学院、海洋学院等多个学院的产学研团队协同攻关，瞄准交通、储能、电力、工业领域的氢能应用需求，培养氢能制取、储存、输送、应用等方向的材料开发、装备制造、系统设计、工程运维等方面的工程技术研发、应用与管理等人才。

集中力量在可再生能源高效制氢技术和装备、安全高效规模氢储输技术和装备、极端环境氢系统测试和评价技术、氢电耦合新能源电力系统调控等领域开展技术攻关，突破氢能制储输用关键技术，开发核心技术装备。

研究高电流密度碱性电解水制氢技术和百兆瓦级氢电耦合系统模块化集成与动态调控技术，突破制氢装备效率低、储氢装备容量小等技术瓶颈，形成可再生能源高效制氢和规模储氢的技术方案，重点建设氢能创新综合示范装置；自研自制一批材料和零部件性能测试装置，建成国际先进的氢能技术检测平台。

3. 培养特色

课程培养：核心课程中“新能源装备无损检测及其评价技术”将介绍新能源装备安全监测与管理，阐述无损检测技术应用在新能源装备中遇到新挑战；“新能源发电与控制技术”将介绍常见可再生能源发电与制氢技术，并对电能通过变换与控制，满足高质量的电能与氢能消费需求和源-网-荷高效管理；“高等工程热力学”，主要探讨电能、氢能、机械能、热能等不同形式的能量之间的转换，以及能量与物质特性之间的关系，从热力学两大基本定律出发，对过程能量转换和利用进行定性和定量分析。

实践创新为了提高学生学以致用、解决工程实际问题的能力，实践类教学环节包括“氢能装备与安全”，课程设计实施方式是：学生应用专业课程中学到的理论知识，自主组队，针对具体应用场景，开展氢能源系统设计、计算分析和实物或虚拟模型搭建。授课老师以教练的方式协调、帮助学生完成课程项目，对课程项目涉及的技术难题进行指导。课程以科研报告的形式对学生进行考核。

企业实习可以由导师指派到合作企业，也可以由学生自主落实实习单位，实习成效采用专题报告和现场答辩方式进行考核。

4. 研究方向

研究方向一：绿色低碳制氢

利用可再生能源电解水制氢已被视为改变能源危机以及推进氢能产业健康有序可持续发展的重要手段之一，是实现国家“双碳”目标的重要途径。目前电解水制氢技术中，碱性电解水制氢和质子交换膜电解水制氢技术的相关研究已经取得了重要进展并初步实现产业化应用，高温固态氧化物制氢和碱性阴离子交换膜制氢技术仍然处在试验阶段。针对不同电解水制氢模式所存在的技术瓶颈，需要通过产学研相结合模式，制定出更加合理的研究方向和计划：对于技术相对成熟，成本较低的碱性电解水制氢技术，重点解决能量利用效率低、单机制氢量小、运行能耗高等问题；对于能量效率高、安全性好，更加适应于可再生能源电力波动性的质子交换膜电解水制氢技术，重点开发低成本、高活性、高稳定性的关键电极材料及电解系统，降低制氢成本，实现关键材料与零部件的国产化及规模化应用。

研究方向二：氢能高效储运

氢能储运是连接上游电解水制氢、下游氢消纳应用的关键环节，在调节绿氢供需时空错配、实现绿氢灵活供应方面发挥重要作用。氢储运分为高压气氢、深冷液氢、固态储氢、有机液体储氢、液氨、甲醇等形式。揭示氢储运装备在深冷、高压、临氢条件下的服役性能演化规律与损伤机理，提出创新性的氢储运装备设计理念与方法，开发高性能低成本抗氢材料，保障氢储运装备长寿命及安全可靠服役，是氢能高效储运需解决的共性基础问题。在装备研发与工程应用方面，需突破大规模、高效率的氢液化装备与技术，以及液氢泵、加注枪、密封件等核心零部件与材料技术等，探明国产钢管在管材与氢气（或掺氢天然气）相容性、高强度抗氢性能等方面性能规律，加快布局掺氢天然气管道与柔性非金属输氢管道设计制造、安全检测、标准制定与应用示范。

研究方向三：氢电协同技术

氢电协同是联系电能和氢能的两大能源体系的关键，主要研究方向包括电解制氢高效变流器、适应可再生能源波动的宽范围电解制氢技术、风/光/氢/储多能分布式智能电网协同调控、海上风电直接制氢技术、面向电网的大规模长周期氢储能技术等。

研究方向四：极端条件氢安全

面向氢能装备安全健康发展的需求，主要研究包括（1）超高压、极低温、海洋等极端环境下材料的临氢性能演化机制，（2）高压氢损伤预防和调控方法，（3）氢泄漏、扩散、自燃、爆炸等机制，（4）氢能装备无损检测、服役状态智能监测及安全运维技术等，拥有我国首套140MPa高压氢环境耐久性试验装置、140MPa密封件和密封材料氢环境测试装备等特色装置。

5. 项目主要合作企业名录

中国国际海运集装箱（集团）股份有限公司、中集安瑞科投资控股（深圳）有限公司、杭氧集团、巨化集团有限公司、浙江省特种设备科学研究院、山东东宏管业科技股份有限公司、江苏双滕管业科技有限公司、奥扬科技、杭州杭氧膨胀机有限公司、杭州杭氧工装泵阀有限公司、杭州中泰深冷技术股份有限公司、浙江浙能电力股份有限公司、中国石油工程建设有限公司西南分公司、北京控制工程研究所、中车长江、浙江氢途科技有限公司、浙江省能源集团、浙江凤登绿能环保有限公司、国网浙江省电力有限公司、浙江氢途科技有限公司、北京中电丰业技术开发有限公司、中冶焦耐工程技术有限公司、国网浙江省电力有限公司电力科学研究院、国网经济技术研究院、南瑞集团、国网浙江电力有限公司、国家电力投资集团公司、中国工程物理研究院、有研工程技术研究院有限公司、合肥通用机械研究院有限公司、卡涞科技等。

6. 项目招生人数

本项目2024年拟招收全日制专业学位研究生20名（最终按研究生院下达为准）。

项目咨询：朱老师 zhuww@zju.edu.cn  0571-87951216

工院咨询：gcsxyzs@zju.edu.cn  0571-88281621

工程师学院

2023.06