科普 | 南極秦嶺站如何用綠能
2026-02-25 17:53
發(fā)布于：山西省
2024年2月7日，中國南極秦嶺站建成并投入使用，至今年2月7日，秦嶺站開站滿2年。2025年3月1日，我國在秦嶺站建設(shè)的全球首個(gè)極地規(guī)模化新能源系統(tǒng)啟用。這是我國第一次在南極極端環(huán)境下，運(yùn)行以新能源為主體的規(guī)?；G色能源系統(tǒng)。
規(guī)?；履茉聪到y(tǒng)多能互補(bǔ)
為極地科考“增綠”
南極秦嶺站是我國在南極的第5座科考站，于2024年2月7日開站，已歷經(jīng)兩次越冬考驗(yàn)。此前，中國在南極已建立4座科考站，即長城站、中山站、昆侖站和泰山站。
2025年3月1日，我國在秦嶺站建設(shè)的首個(gè)規(guī)?；履茉聪到y(tǒng)啟用，為南極科考站“增綠”。系統(tǒng)自啟動以來，不斷為秦嶺站的科研設(shè)備和基本生活設(shè)施提供綠色電力。
南極是地球最大淡水資源庫，也是氣候環(huán)境演變的航向標(biāo)，這里有上千種魚類、220多種礦產(chǎn)、數(shù)百億桶石油儲藏量。
全球有31個(gè)國家在南極建立了科考站。長期以來，這些科考站依賴燃油作為一次能源供給。這種能源供給方式不僅每年消耗數(shù)萬噸燃油，更在極地環(huán)境中留下了不可避免的污染。
中國第五個(gè)南極考察站秦嶺站。
隨著科考活動日益頻繁，原有的能源體系已難以滿足“綠色考察”發(fā)展需求，如何避免污染、維護(hù)原生態(tài)的極地環(huán)境，成為各國南極科考活動的重要關(guān)切。
為了推動能源轉(zhuǎn)型與極地生態(tài)保護(hù)，科學(xué)家不斷創(chuàng)新技術(shù)，探索極地清潔能源利用的新可能。2024年，在中國極地研究中心組織下，太原理工大學(xué)、清華大學(xué)、山西省能源互聯(lián)網(wǎng)研究院等單位共同編制了《南極清潔能源利用技術(shù)十二年發(fā)展綱要》，目標(biāo)是到2035年形成完備的南極科考站清潔能源供給技術(shù)體系。
此前，部分南極科考站安裝了清潔能源發(fā)電裝置，大多利用太陽能或風(fēng)能。
我國秦嶺站規(guī)?；履茉聪到y(tǒng)包括風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電、氫能發(fā)電、儲能電池等。秦嶺站在國際上首次實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；瘹淠茉聪到y(tǒng)在南極科考中的應(yīng)用，氫能長周期儲能技術(shù)可實(shí)現(xiàn)極晝、極夜各180天的極端能量平衡。
規(guī)?；履茉聪到y(tǒng)突破了極端環(huán)境下的清潔能源供給瓶頸，生態(tài)效益與經(jīng)濟(jì)價(jià)值顯著——不僅降低了南極科考經(jīng)濟(jì)成本，每年節(jié)省百噸燃油，也極大減輕了對站區(qū)生態(tài)環(huán)境的污染和破壞，為全球極地科考降碳減排提供了中國方案。
未來，這套新能源系統(tǒng)有望覆蓋中國其他極地科考站，能夠在更多極端環(huán)境中的新能源開發(fā)利用中得到應(yīng)用。
能源設(shè)備和系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)
取得重大突破
在南極，建設(shè)一套清潔能源系統(tǒng)是一件不容易的事情。作為地球表面最寒冷的地區(qū)，南極全年分為寒暖兩季。寒季期間，南極沿海地區(qū)平均氣溫在零下10至零下30攝氏度，內(nèi)陸平均氣溫在零下50至零下70攝氏度。南極地區(qū)極端條件和特殊場景給清潔能源開發(fā)利用帶來巨大挑戰(zhàn)。
自2021年起，在中國極地研究中心的組織下，太原理工大學(xué)、中電18所、清華大學(xué)、國家電投、華能集團(tuán)等單位開展產(chǎn)學(xué)研深度合作，融合電氣、機(jī)械、熱能等多學(xué)科知識，集中攻關(guān)，在能源設(shè)備和系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)上取得重大突破。
為了應(yīng)對南極極端環(huán)境條件，秦嶺站新能源系統(tǒng)許多設(shè)備設(shè)施需要專門研發(fā)和改造。在規(guī)?；履茉聪到y(tǒng)研發(fā)過程中，我國科研團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了“技術(shù)破冰”，成功攻克了多項(xiàng)卡脖子技術(shù)：低溫燃料電池冷啟動技術(shù)、燃料電池抗低溫冰凍技術(shù)、“制氫—儲氫—輸氫”控制系統(tǒng)、極端環(huán)境下的多能流綜合能量管理系統(tǒng)等一系列關(guān)鍵技術(shù)。
在最低氣溫可達(dá)到零下80多攝氏度、最大風(fēng)速可達(dá)100米/秒以上的極端環(huán)境下，常規(guī)新能源裝備和系統(tǒng)在南極很難適用?？蒲袌F(tuán)隊(duì)開發(fā)抗低溫抗強(qiáng)風(fēng)的“水滴型”風(fēng)機(jī)，采用仿生流體力學(xué)結(jié)構(gòu)，有效提升了風(fēng)能利用效率與設(shè)備穩(wěn)定性。
南極秦嶺站新能源系統(tǒng)。
秦嶺站建設(shè)了綜合能量管理系統(tǒng)，實(shí)時(shí)采集風(fēng)速、光照、溫度等極端環(huán)境參數(shù)，監(jiān)控電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、負(fù)荷側(cè)的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，開展?jié)L動預(yù)測、安全評估和優(yōu)化調(diào)度，動態(tài)分配能源電力負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)能量的梯級利用。
為了解決極地新能源開發(fā)利用研究難、測試難、運(yùn)維難等難題，太原理工大學(xué)作為秦嶺站清潔能源系統(tǒng)的技術(shù)主導(dǎo)單位，專門建設(shè)了一座能模擬南極極端環(huán)境的數(shù)字孿生實(shí)驗(yàn)室。
該實(shí)驗(yàn)室可模擬近10種極端條件，包括極寒、強(qiáng)風(fēng)、暴雪、極晝極夜、強(qiáng)地磁、強(qiáng)紫外線輻射、低壓和低氧環(huán)境等，有效解決了極地清潔能源利用研究難、測試難、運(yùn)維難等瓶頸問題，為科研成果的可靠性提供了堅(jiān)實(shí)保障。
規(guī)?；履茉聪到y(tǒng)從設(shè)計(jì)到運(yùn)行，歷經(jīng)實(shí)驗(yàn)室模擬、現(xiàn)實(shí)類似環(huán)境模擬和實(shí)地運(yùn)行三個(gè)環(huán)節(jié)。
2023年11月
南極秦嶺站“風(fēng)一光一氫一儲一荷”新能源系統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目獲批。
2024年9月
項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)在山西太原和內(nèi)蒙古兩地分別開展系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試。
2024年11月
整套新能源系統(tǒng)運(yùn)往南極，于12月22日順利抵達(dá)南極秦嶺站。
2025年3月
規(guī)模化新能源系統(tǒng)正式交付使用。
2026年2月4日《亮報(bào)》7版版面圖
圖片|祝賀（中國南極考察隊(duì)隊(duì)員）
編輯|劉以為
審核|潘宏娟 王遠(yuǎn)
監(jiān)制|陶思遙
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