5月，美国能源部（DOE）多次宣布研发资助，共计投入4.449亿美元支持开发清洁能源、电网、高效制冷及碳运输和封存基础设施相关技术。

一、清洁能源及电网

1、氢能及电网技术。5月22日，DOE宣布投入近4200万美元支持22个氢能项目，并拨款1780万美元新建一个北美大学研究联盟，以支持各州和部落社区实施电网弹性计划并实现脱碳目标^[1]。此次资助的氢能项目包括如下主题：

（1）光电化学和太阳能热化学水分解制氢。投入1920万美元支持11个项目：用于太阳能热化学制氢的钙钛矿材料的逆向设计；紧凑型光电化学制氢反应器示范；通过近等温、变压氧化还原循环进行非间歇性太阳能热处理以实现连续水分解；加速发现和开发用于太阳能热化学制氢的钙钛矿材料；使用带隙可调的钙钛矿串联和分子尺度设计涂层的光电化学水分解原型；用于光电化学制氢的半单片装置；使用新型非化学计量比钙钛矿的热化学氧化还原制氢，其规模可扩展；用于高效、低成本和稳定太阳能水分解的氮化镓保护串联光电极；用于两步法太阳能热化学制氢循环的钙-铈-钛-锰-氧基钙钛矿；用于低成本太阳能水分解制氢的全钙钛矿串联光电极；可扩展的卤化物钙钛矿光电化学电池微型模块，具有20%的太阳能制氢效率和1000小时的昼夜耐久性。

（2）开发与验证监测和测量氢泄漏的传感器技术。投入860万美元支持6个项目：用于十亿分之一（PPB）级氢浓度测量的多程钯光学腔；氢气监测系统，具有用于氢气泄漏监测和报告的低成本印刷传感器阵列；用于氢气环境监测的电学氢气传感器，具有亚分钟响应时间和PPB级检测精度；天然气混氢管道氢泄漏的检测技术，精度在PPB级；高灵敏度和选择性氢气检测的实时离子液体电化学传感器；通过网格化电介质激励气体传感器测量氢浓度。

（3）材料储氢技术示范。投入450万美元支持2个项目：金属氢化物储氢的现场设施；基于甲酸的氢生产和分配系统。

（4）中、重型卡车燃料电池的高性能耐用型低铂族金属含量催化剂和膜电极组件。投入900万美元支持3个项目：自修复型低铂族金属含量阴极催化剂，用于高性能和高耐久性膜电极组件；催化剂纳米结构和界面设计，以提高膜电极组件耐久性；设计高耐久性三元铂钴金属间催化剂。

（5）北美大学研究联盟。将由斯坦福大学主导，在墨西哥和加拿大建立一个跨地区多元化大学联盟组织（包括7个少数族裔服务机构），帮助各州、部落和地区开发实施电网弹性计划所需的数据、建模工具、方法和劳动力，以提高电网弹性，推进实现脱碳目标。

2、清洁能源并网。5月10日，DOE宣布在“太阳能和风能电网服务和可靠性示范计划”框架下，投入2600万美元支持8个清洁能源并网项目，推进发展清洁、可靠和有弹性的电网^[2]。资助项目包括：研究输电保护策略，推动向基于逆变器的发电形式转变，确保电网的安全可靠运行，减少停电；与多个机构和公用事业公司合作进行电网服务示范，以提供更长时间的电网服务；在风力发电厂示范并网逆变器，发展将风电用于长期独立供能；进一步了解电网在大规模逆变器资源控制下对故障的响应行为，示范电网免受发电快速变化影响的策略，开发新故障检测方法；开发一种应对电网快速变化的自动化分析工具；在风能、太阳能和储能系统耦合的可再生能源设施中示范并网逆变器；采用创新的建模、保护和控制机制，确保由基于逆变器的发电形式完全供电的大规模电力系统的可靠运行；利用人工智能驱动的分布式能源管理系统预测、优化和实时控制电网中的逆变器资源。

3、核能制氢及先进反应堆。5月9日，DOE宣布通过3个途径向10个项目拨款2210万美元^[3]，旨在扩大核能制氢、加速微型堆研发和部署、解决核监管障碍、改善现有反应堆运行、促进开发新的先进反应堆。

（1）先进核示范项目。包括：示范先进的制造供应链和美国机械工程师学会（ASME）材料升级；为粉末冶金与热等静压（PM-HIP）和气体金属电弧直接能量沉积（GMA-DED）工艺提供符合核质量保证规格（NQA-1）质量要求的先进制造供应链和ASME材料升级；用PM-HIP制造符合NQA-1质量要求的部件，用于NuScale Power公司小型模块化反应堆（SMR），并在ASME第三节第1类中获得应用资格；开发基于PM-HIP的因科镍690合金数据包和ASME规范案例，获取技术、质量保证和经济性指导，提高先进制造业供应链在核工业中的应用。

（2）先进反应堆开发项目。包括5个项目：进行关键工程设计和示范测试，开发固体氧化物共电解（SOCC）技术，利用现有轻水堆的电力，将蒸汽和二氧化碳转化成合成气，并利用成熟的下游合成工艺实现具有成本竞争力的碳中性航空燃料和柴油；推进高温蒸汽电解（HTSE）的可行性评估，将商业规模的氢气生产与现有轻水系统进行整合；综合评估液-液萃取（氯-37和锂-7）、同位素提取（氯-37和锂-7）和微通道蒸馏法（氯-37）方案，开发稳定的同位素回收工艺并进行工艺示范；完成接近商业部署要求的移动式气冷微型堆初步设计；开发一种将建模仿真数据与风险指引分析相结合的方法和工具，以提高核电厂运营灵活性、避免生产损失并维护现有核电站的安全。

（3）监管拨款。包括4个项目：创建将建模仿真纳入安全评估流程的路线图，以帮助核电运营单位降低运营成本；将建模仿真与实验数据相结合，以准确预测燃料行为，加快新核燃料的鉴定，加速先进反应堆新燃料的许可；为每个主要运行的反应堆类型创建一个路线图，使用实时数据来掌握何时需要校准压力变送器，通过减少校准频率来降低现有核反应堆的成本和停运时间，显著减少核电运营单位监督和技术的不确定性；与美国核管理委员会（NRC）共同完成一体化熔盐堆（IMSR）标准设计批准预许可审查，以支持先进反应堆的许可框架，降低先进核反应堆的许可风险，推进在未来10年内实现熔盐反应堆设计的批准和最终部署。

4、商业核聚变技术。5月31日，DOE宣布通过“聚变能发展里程碑计划”向8个项目资助4600万美元^[4]，旨在解决聚变能商业化面临的关键挑战，推进聚变电厂的设计和研发。资助项目包括：在未来十年时间内基于紧凑型高场强反应堆概念（ARC）实现商业核聚变发电；高增益快速质子点火惯性聚变能；基于平面塑形线圈阵列的仿星器聚变中试电厂；基于强磁场轴对称镜加快聚变能的实现；基于球形托卡马克的聚变试验电厂（ST-E1）初步设计；实现商业聚变能的高场强仿星器；低成本、高能量准分子激光器驱动惯性约束聚变试验电厂设计和熔盐重离子束惯性聚变能电厂（HYLIFE）概念设计；基于剪切流稳定Z箍缩的聚变试验电厂设计。

二、碳运输及封存基础设施

5月17日，DOE宣布拨款2.51亿美元^[5]，支持7个州12个碳管理项目，以扩大二氧化碳运输和封存基础设施建设，减少发电和工业过程的碳排放。

1、碳封存验证与测试。投入2.42亿美元资助9个项目，支持开发新的大型商业碳封存项目和已有项目扩大，各项目封存能力达到5000万吨以上。资助项目包括：资助Bluebonnet封存中心完成场地特征表征、许可和环境审批，封存能力可能超过3.5亿吨；BP公司北美公司将开发两个商业规模封存点，每年封存能力均达到1500万吨；资助科罗拉多矿业学院开发区域性碳封存中心，以解决水泥、制氢和发电厂的排放问题；资助Magnolia封存中心完成场地特征表征、许可和环境审批，封存能力可能超过3亿吨；资助南部各州能源委员会在阿拉巴马州封存中心的开发，用于封存发电和钢铁制造等行业碳排放；资助Timberlands封存中心完成场地表征，用于造纸行业的生物质碳去除和封存；资质伊利诺伊大学完成寒武纪西蒙山砂岩/欧克莱尔地层储存综合体的场地表征，用于封存达尔曼发电厂的碳排放，总封存能力约达5000万吨；资助北达科他州大学能源与环境研究中心完成碳封存中心选址和许可，用于发电和乙醇生产行业封存，总封存能力约达2亿吨；资助怀俄明大学推进多源大规模的商业碳捕集、封存中心，用于天然碱采矿和直接空气捕集设施。

2、碳运输工程与设计。投入900万美元资助3个项目，支持碳运输管道网络工程设计研究，以高效安全将捕集的二氧化碳运输至产品生产或永久封存地点，并充分考虑成本、设施、技术、商业等因素。资助项目包括：资助企业开展密歇根州管道系统研究，年运输能力达1.2亿吨；资助企业开展墨西哥湾沿岸多源运输系统研究，年运输能力达2.5亿吨；资助南部各州能源委员会研究开发地区性碳运输系统，年运输能力至少达8000万吨。

此外，能源部还宣布将开放为期5年的22.5亿美元融资公告，除支持场地特征、许可和施工开发外，还包括可行性的封存综合体，为商业规模碳封存基础设施的可持续发展提供资金。

三、高效制冷技术

5月9日，DOE先进能源研究计划署（ARPA-E）宣布投入4000万美元，支持15个数据中心高性能冷却系统开发项目^[6]，以减少数据中心的能源消耗和碳排放。资助项目包括：开发预制、模块化设计的数据中心，该中心将采用新型歧管微通道散热器、混合浸没式冷却方法、低成本增材制造干式冷却热交换器系统和可容纳整个系统的拓扑优化容器；开发液体冷却解决方案，减少对热界面材料的需求，从而降低封装热阻，该设计可将服务器的温度降低到40 ，并将外部环境空气的相对湿度降低到60%；开发新型数据中心热管理系统，该系统利用石墨微翅片和流动歧管以克服现有冷却装置的性能限制，具有更低热阻和更高能效；为高功率设备开发超低热阻珊瑚状浸入式冷却散热器，该散热器与3D蒸汽云室集成，可更有效地传递热量；开发微对流冷却技术，该技术结合并优化了两种不同的冷却方法，可降低CPU温度，减少泄漏电流，从而节省8%~10%的电力，并通过服务器内的散热器消除对服务器专用空气冷却的需求；制定测试协议，开发数字孪生，用于评估COOLERCHIPS项目为数据中心真实运行条件下开发的冷却技术；开发模块化数据中心，具有创新的冷却系统，采用两相冷板冷却芯片，其热阻低至0.0025 /瓦；开发创新的芯片级直接两相冲击射流冷却解决方案，以大幅提高整体热性能，同时降低泵送功率；开发具有航空电子冷却技术的超高效数据中心，通过带状振荡热管（RHP）实现高功率处理器的定向散热，RHP具有超低热阻，可以从根本上降低未来数据中心的功耗；为用于边缘计算的模块化数据中心开发一套整体热管理解决方案，设计创新包括通过液冷回路从CPU和GPU芯片中高效提取热量，并使用高效、低成本热交换器将热量散发到周围环境中；开发颠覆性的热管理解决方案，用于在数据中心服务器机架中高效冷却CPU和GPU芯片，该技术适用于未来功率大幅增长的处理器，将热量直接排放到数据中心的外部环境空气中，并将有助于在现有数据中心基础设施中采用主液体冷却回路；开发创新的冷却模式，该模式能够为未来的服务器实现最低能源消耗和最高冷却功率；开发综合决策支持软件工具，用于设计下一代数据中心，将现有建模软件与创新的协同仿真框架相结合；开发混合机械毛细管驱动两相回路，作为数据中心的理想冷却解决方案；开发新型的混合冷却技术，以满足大功率数据中心对先进热管理解决方案的需求。                          （岳芳 王盟 李岚春 徐婧 秦冰雪）