佛山(云浮)氢能产业与新材料发展 研究院建设方案

时间:2019/04/11

一、建设背景

佛山(云浮)产业转移工业园是佛山、云浮两市贯彻落实省委省政府促进粤东西北地区产业园区扩能增效战略部署的深度合作开发园区,是云浮发展现代工业的主要载体。近年来,园区坚持生态环保发展的理念,致力于氢能与新材料产业的集聚发展,引进了广东国鸿氢能科技有限公司,广东云浮飞驰新能源汽车生产基地等氢能产业的龙头企业,自主研发出具备国际先进水平的氢能源客车,并率先在佛山三水、云浮云城开通了氢能源城市公交示范线。

为充分发挥科技创新对园区产业发展的持续支撑作用,实现人才、技术和产业属地化的目标,结合省、市重点培育发展新型研究机构的有利契机,佛山(云浮)产业转移工业园管委会、佛山科学技术学院和广东国鸿氢能科技有限公司经友好协商决定共同组建佛山(云浮)氢能产业与新材料发展研究院,致力于氢能与新材料领域的技术开发、成果转化和人才培养等,促进相关产业的健康快速发展。

二、目标定位

建成氢能与新材料领域内在国内外具有重要影响力的专业技术研发基地、成果转化基地和高端人才培养基地。

技术研发:集中力量在高性能燃料电池电堆开发、燃料电池系统集成、燃料电池应用系统开发等领域开展技术攻关,取得一批世界先进的科技成果。

成果转化:依托氢能产业化基地,发挥基地产业集群优势,利用研究院的科研成果,从事氢能应用技术与产品孵化,并提供氢能产品技术服务,成为国内领先的氢能源技术孵化和服务中心。

人才培养:联合园区企业创建佛山科学技术学院氢能产业学院,探索学校、政府、企业协同育人的新机制,构建氢能人才培养的课程体系及实践教学体系,在佛科院本部完成基础课程的教学,在研究院及园区企业完成专业课程的教学及实训,培养从事氢能与新材料技术产业的高层次人才。

三、运作机制 

佛山(云浮)氢能产业与新材料发展研究院是由佛山(云浮)产业转移工业园管委会、佛山科学技术学院和广东国鸿氢能科技有限公司等多家单位联合发起,经云浮市编办批准成立的具有独立法人的三类事业单位,它的上级主管单位是佛山(云浮)产业转移工业园管委会。

佛山(云浮)产业转移工业园管委会提供研究院所需的场地及初期运行所需的基本费用,佛山科学技术学院提供研究院开办初期所需的人才引进费用及必要的研究设备,广东国鸿氢能科技有限公司以资金、设备等资源作为投入参与研究院的建设,三家发起单位按经折算后的投入为基本依据,经友好协商确定各单位在研究院所占的股份比例。

研究院采用理事会领导下的院长负责制。图1给出了佛山(云浮)氢能产业和新材料发展研究院组织架构图。理事会是研究院最高权力机构,一般由7名理事组成,理事由研究院发起单位按所占股份比例的多少推荐。理事会决定研究院的重大事项,制定经营方针和运营计划。理事会在全球范围内选聘1名氢能领域的知名专家担任研究院院长,负责确定研究院的研究方向和主持制定发展规划。理事会还聘任一名执行院长,主持研究院的日常业务和行政管理工作,具体执行理事会的决议。此外理事会还聘任1名常务副院长和若干名副院长,协助管理研究院事务。

研究院设专家咨询委员会,院长直接联系委员会。在专家委员会的指导下,完成研究院的战略发展规划。委员会由氢能与新材料专家、大学知名教授、企业家组成。

研究院初期设立项目管理部、成果转化部、综合办公室等管理服务部门以及电堆研发中心、燃料电池系统集成开发中心、燃料电池应用系统开发中心三个研发部门,并逐步设立制氢技术研发中心、储氢技术研发中心、新材料研发中心等部门(图1中虚线框所标部门)。

研究院按照广东省新型研发机构的要求,实行市场化的运作,通过承接项目、成果转化、科技服务、人才培训等途径获取收益,争取经过3-5年的发展,能够实现自我发展的良性循环。

四、建设内容

研究院将重点围绕氢能源、新材料等相关领域,结合园区新兴产业培育和传统产业升级的需求,着力开展具有行业特色的应用研究、产业技术工程化研发、科技成果转化、人才培养等工作,从而将研究院建设成为具有较强影响力,具有鲜明行业特色和地域特色的新型研发机构。

按照统一规划,分步建设的思路,在研究院建设初期,首先建立研究院的基本架构,并集中精力围绕新型电堆开发、燃料电池系统集成及应用系统开发等进行技术攻关,
成立电堆研发中心、燃料电池系统集成开发中心、燃料电池应用系统开发中心。

(一)  电堆研发中心建设

主要研究内容:

(1) 低成本双极板开发。利用廉价的柔性石墨材料和模压技术,开发低成本、高寿命的模压柔性石墨双极板,降低燃料电池双极板成本,推动燃料电池商业化发展;

(2) 高寿命MEA开发。改进MEA催化层和扩散层结构,提高MEA内部的气体传质和水热管理,提升MEA寿命,开发出高寿命燃料电池用MEA

(3) 长寿命电堆开发。通过仿真计算,优化电堆结构设计,开发长寿命燃料电池电堆和燃料电池电堆寿命测试技术;  

(4) 燃料电池界面动态结构研究。建立燃料电池内部界面动态水管里模型,分析内部界面气液传递机理;优化燃料电池内部界面结构,提升界面气液的传递和分布,为新型结构双极板和MEA提供设计依据;

(5) 燃料电池智能检测技术。开发车载燃料电池远程监测技术和建立车载燃料电池电堆运行数据库,进行数据分析,优化车载燃料电池运行控制策略;

实验平台:

开展燃料电池电堆研究所需的仪器设备如表1所示。


1 电堆研发中心所需购置设备一览表

序号

设备名称

生产厂家

设备型号

数量

单价

(万元)

金额

(万元)

报价商及

联系方式

用途

1

燃料电池研发用涂布机

科电贸易(上海)有限公司大连代表处

NP-200G

1

29

29

刘岩

13591723220

制备CCM

2

烘箱

上海纳丰机械设备有限公司

NFHX-100

1

8

8

18202134005

烘干

3

硫化压机

东莞得力士机械公司

DKHS-50

1

25

25

陈启文

13509827936

制备MEA

4

燃料电池夹具

昆山桑特莱新能源有限公司

300cm2

5

2

10

吴明星

18051899142

大面积单电池

5

大电流燃料电池测试台

上海群羿能源设备有限公司

HTS-2000

1

90

90

吴明星

18051899142

燃料电池测试

6

高低温试验箱

重庆安吉拉通力试验设备有限公司

CPH-1500

1

26

26

严浩

13983066063

环境试验

7

10KW燃料电池测试平台

大连锐格新能源

G230

1

60

60

高鹏

18642856899

燃料电池测试

8

万能试验机

济南时代试金实验机有限公司

WDW-50 E

1

20

20

廖超俊 15899811075

电堆组装

9

质谱仪

上海普迪生物技术有限公司美国安捷伦

API-3200

1

80

80

021-68885860,400-822-1170


杂质分析

10

超景深三维显示系统

广基恩士(中国)有限公司

VHX-5000

1

70

70

先生

02168757500

形貌分析

11

仿真计算工作站

西安坤隆计算机科技有限公司

UltraLAB Alpha710

1

58

58

400-7056-800

仿真计算

12

普林斯顿电化学工作站

阿美特克商贸(上海)有限公司科学仪器部

PMC2000

1

60

60


13681684894

电性能分析

13

试验台

广州市东显实验室设备有限公司

750*1800

10

0.3

3


试验台

合计





539




(二)  燃料电池系统集成开发中心

主要研究内容:

1.基于应用场景技术需求的燃料电池系统核心零部件服役特性研究与样机开发

1)燃料电池阴极空气化学过滤器服役动态性能研究与新型长寿命化学滤芯开发

2)燃料电池空气压缩机动态性能及服役过程可靠性演变机制研究与新型空气压缩机、控制器开发,以及空气系统控制系统研究

3)燃料电池空气加湿器性能特性与燃料电池输出动态特性演变关系研究与新型空气加湿器开发

4)氢气循环技术研究及新型氢气循环泵及控制器系统开发

5)燃料电池系统热交换器、水泵、去离子柱、变频器等零部件研发

2.基于不同应用场景的燃料电池电堆控制策略研究

1)燃料电池电堆冷启动技术及防冻控制策略研究

2)基于动态工况的燃料电池电堆一致性演变机制研究及提升一致性的燃料电池动态工况控制策略研究

3)电堆模块集成方案优化研究

3.面向不同应用的燃料电池系统集成技术研究与系统开发

1)燃料电池系统集成技术研究与新型燃料电池动力模块开发

2)燃料电池模块不同工况考核与集成技术优化方法研究

3)燃料电池变流器研制开发与功率控制匹配技术研究


实验平台:

开展燃料电池系统集成研究所需的仪器设备如表2所示。

 

2. 燃料电池系统集成及测试研究中心仪器设备清单

序号

设备名称

设备技术指标

厂家

设备用途

单价

数量

总价

1

空气压缩机

E-Charger
EC-15

电机转速:15700RPM

最大空气流量:0.22 kg/s

最大压缩比:2.94

防护等级:IP67

ROTREX

空压机系统研究

10

1

10

2

电机控制器

RPCS
730-60A

控制供电:18~30VDC

驱动供电:150~800VDC

防护等级:IP67

冷却方式:液冷

持续输出电流:60 A

环境温度:-40 ~ 85

ROTREX

空压机系统研究

5

1

5

3

直流变换器

BDC546

低压侧输入:50~600VDC

高压侧输入:150~750VDC

低压侧持续电流:300A

低压侧最大电流:400A

控制供电:9~16V

持续功率:180kW

防护等级:IP67

环境温度:-40 ~ 85

BRUSA

混合动力系统构建

15

3

45

4

小功率燃料电池系统

输出电压:80~150VDC

输出电流:0~320A

最大功率:30kW

控制供电:18-30V

防护等级:IP55

尺寸要求:小于900 x 500 x 400 mm

重量要求:< 130kg

冷却方式:液冷

输入氢气压力要求:8~10bar

氢气流量要求:<0.7g/s

防护等级要求:不低于IP55

安全标准:ISO23273:2013

通讯:CAN总线

噪声等级要求:<75dB

广东国鸿氢能

构建混合动力系统

60

3

180

5

气候试验箱

内箱尺寸:2.5mx2mx2m

温度范围:-40~90

升温速度:2/min

降温速度:0.5/min

湿度:5~98%RH

温度偏差:<±2

湿度偏差:<±2%RH

东莞市贝尔试验设备有限公司

燃料电池系统测试

30

1

30

6

淋雨试验机

实验防水等级:IPx6

喷头孔径:12.5mm

喷头数量:3

喷淋水量:100±5L/min

受测品离喷头:2.53.0m

喷头有专用支架固定;

试验时间:1min/m2

东莞市品达试验设备有限公司

燃料电池系统测试

10

1

10

7

振动试验台

推力:5

工作台面:2m x 2m

位移:50mm

频率:2500Hz

加速度(空载):100g

最大载荷:1

占地面积:5m x 5m

供电:120kW

东莞市贝尔试验设备有限公司

燃料电池设计验证试验

100

1

100

8

笔记本电脑

系统:Windows 10

厚度:15.1mm20.0mm

内存容量:16G

分辨率:超高清屏(2K/3k/4K)

待机时长:5-7小时

处理器:Intel i7低功耗版

特性:背光键盘,指纹识别

显卡类别:集成显卡

裸机重量:1-1.5KG

硬盘容量:512G固态

分类:轻薄本

屏幕尺寸:14.0英寸

联想

ThinkPad

动力系统设计

2

5

10

16

燃料电池电堆

单体电池数:110

单电池活性面积:300cm2

电堆电流:0~300A

电堆最大功率:>21kW

电堆尺寸:< 760 x 310 x 60

电堆重量:<17kg

电堆正常使用寿命:>12000h

电堆氢气到空气泄漏量:<55mL/min

空气过量系数:1.8

单电池电压:>0.64V300A下)

单电池电压一致性要求:±10mV300A下)

广东国鸿氢能

燃料电池电堆冷启动策略研究

15

2

30

合 计

18

420

 

 

(三) 燃料电池应用系统开发中心

主要研究内容:

1)多燃料电池系统集群能量分配策略研究以及燃料电池混合动力系统能量控制策略研究;

2)面向大功率公路车辆的燃料电池动力系统匹配技术与集成技术研发及各种公路车辆动力总成研制

3)面向轨道交通的燃料电池动力系统模块设计、混合动力总成技术研制及整车系统调试与运行研究

4)面向船舶应用的燃料电池系统集成技术研究与系统运行调试

5)各种交通工具运行跟踪分析及技术优化改进

 

实验平台:

开展燃料电池应用系统开发所需的仪器设备如表3所示。

 

3. 燃料电池应用系统开发中心仪器设备清单

序号

设备名称

设备技术指标

厂家

设备用途

单价

数量

总价

1

动力电池系统

动力电池容量:50kWh

输出电压:300~520V

最大放电电流:1200A

最大充电电流:1000A

BMS系统

通讯:CAN

湖州微宏

燃料电池混合动力系统构建

20

1

20

2

超级电容系统

超级电容容量:5kWh

最高电压:900V

最低电压:500V

最大放电电流:2000A

最大充电电流:2000A

带管理系统

通讯:CAN

辽宁百纳

燃料电池混合动力系统构建

25

1

25

3

燃料电池散热器系统

散热量:150kW

冷却水入口温度:70

冷却水出口温度:60

散热风机:380VAC变频控制

变频器输入电压:300~600VDC

带冷却水箱

带出入口温度、流量、变频器信号、冷却水箱液位等信号检测

通讯:CAN

中车大连所

燃料电池混合动力系统构建

30

1

30

4

图形工作站

内存类型:ECC

硬盘总容量:4T-8T

类型:台式工作站

电源:冗余

内存总容量:64G及以上

硬盘转速:7200 RPM

支持CPU颗数:2

显存:1G

硬盘类型:SATA

处理器:至强Xeon-E5

联想

ThinkStation

动力系统设计

3

5

15

5

移动工作站

内存类型:Non-ECC

硬盘总容量:500G-1T

类型:移动工作站

操作系统:Windows10

内存总容量:16G

处理器:至强Xeon-E3

机箱规格:笔记本式

显存:2G

硬盘类型:SSD

戴尔

动力系统设计

2

5

10

6

直流电子负载

输入电压:0~1200VDC

输入电流:0~720A

最大输入功率:50kW

电压分辨率:1mV

电流分辨率:10mA

电压精度:±0.025%

电流精度:±0.05%

南京艾德克斯

构建混合动力系统

60

3

180

合 计

16

280

 

 

(四) 氢能产业学院的建设

以氢燃料电池汽车及相关产业为代表的氢能产业是一个市场空间不可限量的朝阳产业,即将迎来爆发式增长,但目前有关氢能产业的人才极其匮乏,除了国内少部分高校在研究生阶段培养少量的这方面人才外,还没有一所高校开设专门针对氢能的本科专业,人才缺口巨大。佛山、云浮两市在推进氢能产业的发展过程中必然会遇到人才短缺的问题,佛山科学技术学院作为本地区唯一的本科高等学校,有责任有义务围绕本地区产业发展对人才培养的需求,培养受地方欢迎的各种层次应用型人才,为地方经济的可持续发展提供了人才和技术保障。同时,依托佛山(云浮)产业转移工业园良好的氢能产业基础,开展氢能产业人才培养的探索,创新人才培养模式,也是学校错位发展、提升学校影响力的一个良机。

1)培养定位

围绕氢能产业链的需求,由佛山科学技术学院教务处、相关学院、氢能研究院和相关企业共同制定氢能专业的人才培养方案,依托研究院和园区企业建立联合实验室和实训基地,针对产业发展的需要开设相关理论、实验的特色课程,培养适应氢能发展需要,掌握宽厚的理论基础知识,通晓专业技能和研究方法的高素质工程复合型人才。

2)培养专业

 机电类、汽车类、自动化类、计算机类、材料化学类。

3)培养层次

首先开展本科、研究生两个层次的人才培养,并以本科层次为主。

4)培养模式

本科生采用(2+2)模式,以佛山科学技术学院等高校招生,前2年在佛山科学技术学院学习,后2年在氢能研究院和园区企业学习和实习,针对产业发展开设相关理论、实验的特色课程。

硕士研究生采用(1+2)模式,以佛山科学技术学院硕士点招生,第1年在佛山科学技术学院学习学位课程,后2年在氢能研究院和园区企业进行课题研究和学位论文,开展科学研究和科技成果转化。

5)运行机制与管理

氢能产业学院由佛山科学技术学院、佛山(云浮)产业转移工业园管委会以及园区相关企业共同组建,设立佛山和云浮两个教学点,佛山教学点设在佛山科学技术学院校内,云浮教学点设在佛山(云浮)氢能产业与新材料发展研究院,由研究院负责氢能产业学院学生在云浮期间的教学组织与管理。研究院与产业学院的一体化运作,不仅可以充分发挥研究院特聘教授在人才培养方面的优势,而且还可以把产业学院的学生实践教学与研究院的技术研发有机结合,十分有利于氢能人才的培养。

氢能产业学院的具体管理细则由佛山科学技术学院和佛山(云浮)氢能产业与新材料发展研究院另行商定。


五、投资预算

 

项目

设备费

人员费

办公业务费

小计

2016

0

0

2

2

2017

1000

50

12

1062

2018

200

100

12

312

2019

0

100

12

112

2020

0

100

12

112

合计

1200

350

50

1600

 

六、预期成果

2020年争取完成以下目标

1)申请并获得广东省重点实验室(或广东省工程技术研究中心)1个;

2)获得省部级项目8项,累计科研经费1000万元;

3)申请并获得专利40件,其中发明专利20件;

4)发表论文10篇,其中SCIEI收录5篇;

5)开发高新技术产品1-3个,培育高新技术企业1个。

6)创建氢能产业学院,每年培养氢能专业人才20 – 100人。