北京科技大学长期植根于钢铁冶金行业,具有显著的规模化工业储能与节能技术创新优势。动力工程与工程热物理是国家“211工程”和“国家优势学科创新平台”重点支持和发展的学科,能源科学与工程学科已进入软科世界一流学科排名前100(并列51-75名),能源与动力工程专业是首批国家级一流本科专业建设点和北京高校“重点建设一流专业”,新能源科学与工程专业是多学科交叉融合的新兴专业。北京科技大学能动学科长期致力于工业节能减排科技创新,具有鲜明的行业特色,主持并完成了国家重点研发计划“冶金、化工炉窑及系统节能减排关键技术”项目、“固体散料余热高效蓄存与分级提取”课题、“三维蜂巢蓄换热体烟气余热回收净化一体化技术”课题;国家973计划“钢铁生产过程高效节能基础研究”项目;科技支撑计划“炉顶煤气循环氧气鼓风高炉炼铁技术”、“大型板带加热炉节能改造项目节能量测量和验证技术标准研究与应用示范”课题;发改委示范工程“转底炉处理钢铁厂含锌粉尘技术研究”项目、国家自然科学基金“全氧高炉炼铁关键技术基础”重点项目等相关国家级科研项目数十项;还与地方政府、国际机构及大型冶金企业开展广泛合作,承担并完成诸如“重塑能源-中国钢铁工业”(国际合作)、“冶金工业节能环保关键技术”(地方科技攻关)、“轧钢加热炉数学模型及优化控制”(宝钢、武钢、首钢及冶金设计研究单位)等相关科技攻关项目百余项,研究成果应用后取得可观的经济效益和社会效益。同时建立了北京市高校节能与环保工程研究中心、冶金工业节能减排北京市重点实验室、工业节能与能效经济创新引智基地、北京科技大学新能源研究中心、北京科技大学智慧能源研究中心、中国工业节能减排大学联盟、京津冀钢铁行业节能减排产业技术创新联盟等高水平研究平台与基地,在冶金、建材、化工等高耗能工业节能减排领域成果丰硕,处于国内引领、国际并跑水平。
近年来,北京科技大学能动学科积极拓宽科研领域,开展学科交叉和国际合作,引进了国际储能技术领域顶级科学家、英国皇家工程院院士丁玉龙教授(被Thomson Reuters评为全球工程科学领域在2002-2012期间最具持续影响力的少数研究者之一)和一批能源领域新生力量,在新能源和储能技术领域发展迅猛,已形成“智慧能源带动系统节能”的研究特色和优势,承担了国家重点研发计划“高效能仿生型储热材料和过程设计”课题和国家自然科学基金优秀青年基金“微纳米能源材料的热效应”等国家级科技攻关项目,建立了国家环境与能源国际科技合作基地、北京科技大学-伯明翰大学能源与环境联合研究和教育中心等国家级或国际科研平台,以规模化工业储能为特色的部分研究方向已处于国内先进、国际并跑地位。
北京科技大学能动学科以其特有的冶金、化工、建材行业引领和科技创新优势,通过引入国际顶尖储能科研团队,形成了致力于以储能技术为支撑、将清洁低碳能源与工业用能大户有机结合的高水平研究团队,在工业用能终端能效提升与清洁能源规模化利用等方面具有不可替代的优势,是工业储能技术创新的重要力量。
石家庄铁道大学在大规模液态空气储能领域处于国际领先地位。传统液态空气储能循环发电效率约50%,显著低于其他大规模储能技术(约70%),是限制其发展的最大瓶颈之一。为解决这一难题,围绕整个循环过程探索效率提升新方法,主要包括空气压缩热回收存储利用、空气超低温回收存储利用和空气除湿净化。2017年在国际上首次发现了液态空气储能存在超过40%的空气压缩热,通过合理利用多余的空气压缩热发电,可以实现液态空气储能循环发电效率大于60%的突破。2018-2020年进一步提出了液态空气储能热电联供技术,热电联供效率可高达76%。这项研究潜在经济价值巨大,以一个商业化液态空气储能电站为例(50 MW/ 200 MWh),循环发电效率提升12%,将产生额外收益720万元/年,目前在与中信集团合作开展商业推广。
在灵活化移动储冷方向,中车石家庄车辆有限公司现已建成了包括铁路货车、轨道装备空调、城轨车辆、新能源汽车、环保新材料、冷链物流智能装备等在内的中车石家庄产业园。在冷链物流智能装备板块,公司以蓄冷式冷链装备的研发、制造和服务为主营业务,做全球智慧、绿色、节能、低碳、安全、可靠的全程冷链装备的整体解决方案的提供者和引领者。通过与英国伯明翰大学丁玉龙院士团队的国际合作,重点开展了新型保温技术、相变蓄冷材料及应用技术、充冷装备系统和智能信息系统的国际前沿技术研究,并基于国际领先的技术研究成果生产制造了智能蓄冷式温控装备(蓄冷式保温箱、蓄冷式新能源冷链车、蓄冷式预冷库、蓄冷式冷库、蓄冷式智能快递柜)、智能充冷装备以及蓄冷式温控装备智能信息化平台。该装备系统具有高能量密度储存、恒温保鲜时效长、充冷效率高等技术特点。装备系统通过试运营和批量商业化的应用,目前已累计完成约150万公里的运营里程,12000吨的冷链货物运输,实现碳排放量降低约720吨,处于同行业绝对领先水平,特别是在武汉抗“疫”期间承担了冷链物资运输保障业务。装备系统安全、经济、低碳环保、智能可靠的特点不仅得到用户的认可,还受到CCTV、CHINA DAILY等多家媒体的专题报道。2019年11月,基于蓄冷技术的公铁联用冷链技术在英国赫尔化学工程师协会全球颁奖现场获得全球最佳能源奖提名奖、《蓄冷式智能冷链装备》获评第二十一届中国国际高新技术成果交易会优秀产品奖。
北京科技大学以能动、材料等优势学科为依托,在以液态金属电池等为代表的电化学储能领域积累了大量研究成果。针对新能源发电对储能电池成本、寿命和能量密度的要求,开展了液态金属电池和钠离子电池的相关研究。设计开发的液态金属储能电池高电化学活性正极和耐腐蚀集流体,显著提高了电池的能量效率和循环稳定性,设计制备的电池稳定运行超过15000小时。针对锂离子电池高比容量硅氧电极材料合成工艺复杂、成本高的问题,创新性提出了湿化学低温合成工艺,材料性能优异,制备成本降低20%以上。开发的钠离子储能电池高稳定性正极材料(掺杂磷酸钒钠),具备超高倍率充放电性能;创新性提出具有反位缺陷的固体氧化物燃料电池全陶瓷阳极材料,显著改善电池的功率密度与结构稳定性,受到国际同行高度关注。在锂离子电池硅氧负极方面独具特色,曾与国际知名公司Umicore合作开展研发工作,并获国家自然科学基金重点项目的支持。在储能领域的国际著名学术期刊Advanced Energy Materials、ACS Nano、Applied Catalyssis B: Environmental等发表文章260余篇,获授权专利72项。
热化学储能方面,北京科技大学在北京市科委等的支持下,自20世纪90年代起持续开展熔融盐储能、低谷电储蓄能供暖等研究,相关成果已示范应用,产生显著节能效益(例如低谷电蓄能供热成本与集中供暖相比节省了40%以上)。研发了热量分级存储与高效利用的热化学储能系统。该系统具有低成本,高储热密度,存储过程无热量损失等优点。解决了传统储热系统储热密度低,建设与维护成本高,无法实现热量的跨区域跨季节存储等技术难题。北京科技大学能环学院科研团队与北京热力集团合作研发的50kW热化学储热系统,与市场主流储热产品相比,预期可实现储热密度提升30%以上。在系统规模,储热效率及储热密度等方面达到了国际领先水平,极大地推动了热化学储能技术进步与应用。
北京科技大学首次提出的“纳米网络定形相变材料”设计,可一举解决固载-高导的协同强化。基于分子模拟提出的“极性匹配”界面调控思路,可实现高性能金属有机骨架系列相变材料的优选、设计与制备。
英利能源(中国)有限公司高度重视光伏前瞻技术和关键材料研发,坚持高质量发展,创建国家级创新品牌,拥有“光伏材料与技术国家重点实验室”、“国家能源光伏技术重点实验室”、“国家级企业技术中心”、“光伏技术国际联合研究中心”以及“国家技术标准创新基地(光伏)五大国家级创新平台,成为光伏行业中国家级平台资源最多的企业。首次在全行业内推出高速点胶/导电背板工艺MWT背接触组件,有效解决了MWT组件导电胶均匀性差问题,并在2016年度“TUV莱茵组件先进技术户外竞赛”中荣获发电量第一名的好成绩;2017年在全行业内率先实现批量生产高效12栅组件,焊接良好率首次达到96%,远超同行业90%平均水平;引领行业多主栅技术和材料技术升级,同时优化材料匹配降低组件成本0.02元/W,组件功率可提升10-15W,P型PERC单晶组件功率范围395W-415W;N型TOPCon单晶组件主流功率范围410W-420W。
英利能源(中国)有限公司与荷兰能源研究中心、挪威材料与化学研究所、北京科技大学等国内外顶级研发机构和高等院校开展广泛的技术合作和高端人才培养项目,设有院士工作站和“博士后科研工作站”。与美国杜邦、德国瓦克、睿纳等国际知名企业建立了长期合作关系,光伏组件产品和技术研发代表了行业最高水平。作为全球首个取得CGC鉴衡、美国UL和TL、莱茵三大机构认证的自主开发的双面发电产品英利“熊猫”,具有发电量更高、耐久性好、机械性能强等优点,其综合效率超过25%、在中国首个光伏“领跑者”示范项目中,有50兆瓦地面电站全部使用英利“熊猫”双面发电产品,增益率最高达19.02%,发电量比常规组件高出30%,提升了我国新一代高效率硅太阳电池的研发及制造能力,使我国高效电池的研发及制造水平进入了世界前列。在国际上首次提出基于双面同步照射法和理论公式法的双面叠瓦组件测试方案,制定了双面发电组件功率测试的国际与行业标准,掌握了双面叠瓦组件标准话语权。
中车石家庄车辆有限公司是国际上首家基于智慧、绿色、节能、低碳、安全、可靠技术发展理念将相变蓄冷技术应用于公铁联运大型集装冷链保温运输单元的高新技术企业。在相变储冷节能技术应用方面处于行业领先地位,创造了行业内多个“首次”:首次通过蓄冷装置将相变材料的潜热进行高能量密度储存和高效利用,实现了冷链装备内环境的精准控温;第一次将相变蓄冷技术与标准化、集装化冷链装备结合,并首次通过公铁联运运用试验验证了多式联运的适用性以及全程恒温恒湿不断链的保鲜品质。同时,蓄冷技术作为冷链的“新能源”,绿色环保,节能降耗,减少3.93吨标碳/(年·台),全年降低碳排放92.5%,超736万吨标碳。
中车石家庄车辆有限公司首次提出冷能量化的方法,解决了国外制冷机组源代码垄断的卡脖子问题,率先构建了蓄冷冷能量化模型、过程监控以及多式联运冷链装备的冷能智慧监测平台,结合北斗+5G物联网技术的应用,不仅实现了冷链装备全程状态监控、全寿命周期信息记录等温控管理,还完成了冷能的柔性能量管理基础开发,自主研发智能算法、通信协议以及数据库。全面掌握“源代码”和核心数据,突破国外制冷设备品牌对信息源代码的垄断,保障冷链信息安全和国家安全。
英利能源(中国)有限公司累计研发投入35亿元,科研用房超过6万平方米,研发设备总值近3亿元。先后承担国家“863计划”、“973计划”、国家重点研发计划等国家级科技项目31项,获国家级和省部级科技进步奖24项,科技鉴定成果25项,其中,国际领先3项,国际先进17项。主持和参与编写国际、国家及行业标准等114项,累计申请中国专利2677项,获得授权2295项。PCT国际专利申请13项,其中“太阳能电池片及其热处理工艺”发明专利分别在美国、日本、欧洲授权。申请类别涉及化学类、机械类、半导体类、电学类、物理类等,广泛覆盖了光伏产业、飞轮储能产业、高纯硅材料产业和相关配套产业。自2012年至今,英利能源(中国)有限公司连续多年专利申请量和授权量位居国内同行业领先,相继被评为国家创新型试点企业、国家火炬计划重点高新技术企业、国家知识产权示范企业、国家级绿色工厂。
金开新能科技有限公司在光伏电站设计、建设过程中,充分考虑先进光伏发电设备的组合应用,先进组件选型涵盖多晶硅、单晶硅、Topcon等多种大尺寸、高转换效率设备,支架涵盖平单轴、斜单轴、双轴等多种类跟踪式设备,公司布局重点区域已打造先进光伏组件、支架、逆变器等不同类型设备组合实证基地。截至2021年6月30日,已在全国20个省市、自治区,持有在运及在建发电项目64个,典型应用包括“渔光互补”水面光伏发电项目、单体核准容量最大的沙漠治理复合型宁夏200MW光伏复合项目、高寒地区发电量提升7%的安达盐碱地面光伏项目、全国第三批10个领跑者基地之一的山西寿阳200MW黄土高坡地貌光伏项目、鲁南岩土型山地光伏项目、国内首个大规模应用于高铁站的广西南宁高铁东站光伏项目,已累计核准装机容量2,926兆瓦,累计并网容量2,454兆瓦,较年初增长了41%。其中,光伏项目并网容量1,806兆瓦,积累了丰富的先进设备选型及实证经验。依托近年来在电站运维方面积累的丰富管理经验与优秀技术团队,立足“云大物智移”等新一代信息技术,以“精细化管理+智能运维+智慧交易”为定位,正筹建以电站全方位资产管理服务的专业化运维公司,保障整个电站发电系统安全、稳定、高效运行,打造国内一流的第三方电力资产运维及管理平台。