中國儲(chǔ)能網(wǎng)訊：
背景介紹
2025年3月1日，我國在秦嶺站建設(shè)的首個(gè)規(guī)模化新能源系統(tǒng)正式啟用，成為世界上第一個(gè)南極極端環(huán)境下的規(guī)?；鍧嵞茉聪到y(tǒng)，標(biāo)志著我國在極地能源領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)綠色科考。太原理工大學(xué)是這一項(xiàng)目的首席科學(xué)家單位，孫宏斌教授是該項(xiàng)目的首席科學(xué)家。自投運(yùn)以來，受到央視新聞聯(lián)播、新華社、CGTN、China Daily等央媒報(bào)道，引發(fā)全球科學(xué)界對(duì)中國引領(lǐng)南極科考的廣泛關(guān)注。
2025年7月22日，國際頂尖學(xué)術(shù)期刊《Nature》新聞?lì)^條以“China is boosting its Antarctic research. What does that mean for the world?”為題，聚焦中國南極科考最新進(jìn)展，高度評(píng)價(jià)了由太原理工大學(xué)孫宏斌教授牽頭設(shè)計(jì)研發(fā)的秦嶺站清潔能源系統(tǒng) [1]。報(bào)道采訪并引述了多位國內(nèi)外知名專家學(xué)者的評(píng)述與觀點(diǎn)。
文中，中國國家海洋局極地考察辦公室主任沈君介紹“秦嶺站是中國在南極南部的首個(gè)科考站...將開展海洋和陸地生態(tài)學(xué)、海冰、地球物理學(xué)和野生動(dòng)物等方面的研究”。國際冰川學(xué)會(huì)前副主席、新西蘭奧塔哥大學(xué)Christina Hulbe教授評(píng)價(jià)“秦嶺站為應(yīng)對(duì)一系列南極科研前沿挑戰(zhàn)提供了很好的地理?xiàng)l件”。
文章報(bào)道，今年初秦嶺站已部署了一套清潔能源系統(tǒng)，包括：光伏、風(fēng)機(jī)、儲(chǔ)能電池和儲(chǔ)氫設(shè)備，預(yù)計(jì)能滿足該站超過50%的能源需求。諾獎(jiǎng)得主、美國國家科學(xué)院院士Daniel Kammen教授在文中高度評(píng)價(jià)“其他科考站應(yīng)學(xué)習(xí)秦嶺站這一做法”。
此前，多位國際極地研究著名學(xué)者對(duì)此也給予了高度評(píng)價(jià)。國際南極研究科學(xué)委員會(huì)前主席Kim Yeadong在Science and Technology Daily中指出“在南極建設(shè)清潔能源平臺(tái)面臨巨大技術(shù)挑戰(zhàn)，秦嶺站近期實(shí)現(xiàn)60%可再生能源利用率的成果值得關(guān)注...不僅響應(yīng)了全球碳中和共識(shí)，更為南極科考站的能源轉(zhuǎn)型貢獻(xiàn)了中國方案”[4]；極地能源專家、阿拉斯加大學(xué)Richard Wies教授在IEEE Electrification Magazine中評(píng)價(jià)“南極秦嶺站已成功建成全球首個(gè)以可再生能源為主體、可全年運(yùn)行的規(guī)模化清潔能源系統(tǒng)，這一里程碑式發(fā)展引領(lǐng)南極科學(xué)探索進(jìn)入綠色新時(shí)代” [5]。
項(xiàng)目簡介
長期以來南極科考嚴(yán)重依賴燃油，全世界約40個(gè)南極常年科考站的一次能源供給均為燃油。隨著南極科考活動(dòng)的增多，這一南極能源體系已不適應(yīng)“綠色考察”發(fā)展需求。然而，南極嚴(yán)寒、強(qiáng)風(fēng)、暴雪等氣候特征，以及極晝極夜的自然現(xiàn)象，為清潔能源的開發(fā)和儲(chǔ)存增加了諸多挑戰(zhàn)。為了應(yīng)對(duì)南極極端環(huán)境條件，秦嶺站清潔能源系統(tǒng)裝備和系統(tǒng)需要進(jìn)行專門的研發(fā)。
2021年以來，在中國極地研究中心的組織下，太原理工大學(xué)作為首席科學(xué)家單位，孫宏斌教授為首席科學(xué)家，以孫宏斌教授課題組近30年復(fù)雜能量網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究為基礎(chǔ)，組織相關(guān)科研人員和中電18所、清華大學(xué)、中電豐業(yè)、國家電投、華能集團(tuán)等優(yōu)勢單位聯(lián)合攻關(guān)，融合電氣、機(jī)械、熱能等多學(xué)科，先后攻克低溫燃料電池冷啟動(dòng)技術(shù)、燃料電池抗低溫冰凍技術(shù)、“制氫-儲(chǔ)氫-輸氫”控制系統(tǒng)、極端環(huán)境下多能流綜合能量管理系統(tǒng)（IEMS）等關(guān)鍵技術(shù)，設(shè)計(jì)開發(fā)了適應(yīng)南極環(huán)境的抗低溫抗強(qiáng)風(fēng)“水滴型”風(fēng)機(jī)。2023年11月，南極秦嶺站“風(fēng)-光-氫-儲(chǔ)-荷”新能源系統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目獲批，2024年9月，在太原和內(nèi)蒙兩地分別開展“風(fēng)-光-氫-儲(chǔ)-荷”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，12月22日抵達(dá)南極秦嶺站，2025年3月1日正式交付使用。
圖2. 秦嶺站清潔能源系統(tǒng)
在該新能源系統(tǒng)中，光伏和風(fēng)電總?cè)萘窟_(dá)到230kW，占整個(gè)秦嶺站總發(fā)電容量的60%，同時(shí)采用氫能作為長周期儲(chǔ)能，實(shí)現(xiàn)極晝極夜各180天的極端能量平衡，每年可節(jié)省百噸燃油和超30天雪龍船運(yùn)輸成本，有效減少了對(duì)站區(qū)生態(tài)環(huán)境的污染和破壞，突破了南極科考長期依賴柴油的世界性難題。在無風(fēng)無光的情況下，該系統(tǒng)可為站區(qū)提供約2.5小時(shí)，最大150kW負(fù)荷的供電，保障考察站科研設(shè)備和基本生活設(shè)施安全綠色運(yùn)行。
表1. 秦嶺站清潔能源系統(tǒng)新能源設(shè)備配置
為確保新能源系統(tǒng)能夠在南極惡劣環(huán)境下正常工作，在研發(fā)階段，太原理工大學(xué)建成了全球首個(gè)極地極端環(huán)境模擬科學(xué)裝置，可實(shí)現(xiàn)極低溫（<-100℃）、極強(qiáng)風(fēng)（>60m/s）、暴雪和極晝/夜等12種極端環(huán)境的耦合模擬，有效解決了極地清潔能源利用研究難、測試難、運(yùn)維難等難題。
圖3. 極地極端環(huán)境模擬科學(xué)裝置
立足國家極地戰(zhàn)略重大需求，太原理工大學(xué)還主持編寫了《南極清潔能源利用技術(shù)十二年發(fā)展綱要》，并于2024年10月面向全球發(fā)布，為南極清潔能源裝備、系統(tǒng)和運(yùn)維等關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)提供了方向指導(dǎo) [6]。其中凝練的關(guān)鍵科學(xué)問題，入選中國電機(jī)工程學(xué)會(huì)發(fā)布的2025年度電力領(lǐng)域重大問題難題，是唯一由高等學(xué)校提出并入選的前沿科學(xué)問題。
相關(guān)研究在國家海洋局極地考察辦公室、中國極地研究中心的支持下，受國家自然科學(xué)基金委項(xiàng)目（U22A6007，U23A20649）、山西省能源互聯(lián)網(wǎng)研究院重大科研支撐專項(xiàng)（SXEI2024A001）等資助。
