近日，我國首套應(yīng)用于南極地區(qū)的完整風(fēng)光燃儲互補智能微電網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)建成，并在南極泰山站投入運營。這也成為我國第35次南極科考的主要成果之一。

從燃油到新能源

日前，南極泰山站新能源微網(wǎng)供電系統(tǒng)順利完成安裝、調(diào)試、并網(wǎng)運行任務(wù)。這標(biāo)志著，我國在南極的科學(xué)考察站從以燃油作為能量來源，向就地取材、循環(huán)利用的新能源邁出了堅實的一步，為保護南極提供了中國的系統(tǒng)性能源解決方案。

南極洲年平均氣溫為-25℃，內(nèi)陸高原平均氣溫為-56℃左右，極端最低氣溫曾達-89.8℃；冰層平均厚度1880米，最厚達4000米以上。泰山站所在區(qū)域具有典型的內(nèi)陸氣候，風(fēng)大，吹雪嚴(yán)重，氣候環(huán)境極其惡劣：海拔高度2621米，年平均溫度-36.6℃，最低溫度達-64℃，最高溫度零下8℃；年均風(fēng)速：6.5m/s，最大風(fēng)速60m/s。如此惡劣的天氣，對于科考站和科考工作者來說，必須有充足的能源供應(yīng)。很長時間以來，南極考察基本依靠燃油作為保障。每個考察站都配備多臺柴油發(fā)電機組，輪流發(fā)電和檢修，保障考察站全年每天24小時不間斷的電力供應(yīng)。

各國對南極科考的歷史已經(jīng)有100多年。目前，共有20個國家在南極洲建立了150多個科學(xué)考察站，我國目前有5個科考站在運行。據(jù)中國極地研究中心提供的資料顯示，由于柴油發(fā)電所需，長城站和中山站每年至少需要補給高標(biāo)柴油350噸，還需要少量的汽油、液化氣等。2008~2009年度的內(nèi)陸隊考察和昆侖站建設(shè)共配備160噸特種煤油。這些燃料主要用于發(fā)電、取暖、運輸機械等。因為南極地區(qū)使用的柴油必須靠油輪到幾千米以外的霍巴特購買，加上運輸費用耗資巨大，并且每次運送的數(shù)量也很有限。隨著科技的發(fā)展和人類對環(huán)境保護意識的提高，越來越多的國家提出在南極建設(shè)新能源考察站。

由于柴油發(fā)電噪音大，并且不利于環(huán)境保護，容易污染極為脆弱敏感的南極地區(qū)。因此，在南極推廣應(yīng)用綠色能源已迫在眉睫且具有十分重要的意義。隨著新能源技術(shù)的進步與發(fā)展，南極的“風(fēng)”與“光”開始為科考工作者所關(guān)注。

為了擺脫對常規(guī)能源的依賴，形成有效的新能源利用機制，助力極地科考事業(yè)發(fā)展。我國的南極考察站多年來也在不斷嘗試新能源的應(yīng)用。所以，在泰山站建站之初，中國極地中心就確立了大幅減少燃油的消耗，因地制宜，加大清潔能源的應(yīng)用比重，實現(xiàn)能源就地取材、循環(huán)利用，打造自動化、智能化綠色供電系統(tǒng)，使之成為南極考察站中高科技與環(huán)境保護的示范站。

定制化創(chuàng)新

南極地區(qū)尤其是泰山站建設(shè)地，太陽能、風(fēng)能充足，充分利用好光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電的互補特性，柴油發(fā)電和新能源系統(tǒng)并網(wǎng)運行，搭建風(fēng)光柴儲多能互補智能微電網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)。光伏發(fā)電系統(tǒng)和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)提供的電能正常情況下（包括極夜期間）可以完全滿足科考站內(nèi)用電負(fù)載的用電需求，多余的電能還可以儲存到儲能系統(tǒng)中，作為備用電源。極端情況下，在新能源供電系統(tǒng)發(fā)電量或儲能系統(tǒng)電量不足時，自動啟動柴油發(fā)電機發(fā)電，待新能源發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電滿足供電狀態(tài)時，再次自動無縫切換到新能源系統(tǒng)供電，同時關(guān)閉柴油發(fā)電機供電。通過智能化管理，適時調(diào)配能源供應(yīng)，保證在任何時候、任何情況下，考察站的科學(xué)觀測設(shè)備均可以獲得安全、穩(wěn)定、可靠的能源保障。

該套新能源微網(wǎng)供電系統(tǒng)針對南極泰山站極寒、大風(fēng)、高海拔、低氣壓等特殊環(huán)境，采用定制化風(fēng)機、光伏和儲能電池，并通過控制終端對整套系統(tǒng)進行智能控制。在夏季泰山站有人值守期間，新能源微網(wǎng)供電系統(tǒng)可以與泰山站的柴油發(fā)電機并網(wǎng)共同使用；在冬季泰山站無人值守期間，新能源微網(wǎng)供電系統(tǒng)還可以通過控制終端實現(xiàn)離網(wǎng)無人值守自主運行，為無人值守期間泰山站的科研儀器和站區(qū)配套設(shè)備進行供電。

泰山站二期工程采用定制集裝箱模塊組合形式，將供配電系統(tǒng)、融雪系統(tǒng)、新風(fēng)加熱采暖系統(tǒng)、污水處理系統(tǒng)等，整合在集裝箱模塊內(nèi)，實現(xiàn)快速安裝，縮短南極現(xiàn)場施工周期。同時，創(chuàng)造性地采用雪下建筑的形式，變被動為主動，有效解決南極建筑被風(fēng)雪掩埋的難題，最大程度減少對周圍地形的影響，保證站區(qū)設(shè)施長期安全穩(wěn)定運行。

雪下建筑采用定制集裝箱模塊拼裝和雙層密封防水方式，有效解決極寒環(huán)境中雪下建筑的保溫及防水密封。經(jīng)測試，泰山站雪下建筑室內(nèi)外溫差達80攝氏度以上，雪下建筑的集裝箱拼縫沒有出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，集裝箱外也沒有出現(xiàn)融雪現(xiàn)象，為雪下建筑內(nèi)各設(shè)備安全穩(wěn)定運行提供了保障。

據(jù)悉，南極泰山站電能源項目由中電力神子集團抓總，依托中電力神子集團18所高效能源系統(tǒng)設(shè)計經(jīng)驗，發(fā)揮藍天太陽公司高原離網(wǎng)系統(tǒng)搭建能力，采用上海微系統(tǒng)所研發(fā)的高效率雙面SHJ硅異質(zhì)結(jié)太陽能電池、青島安華公司的風(fēng)電系統(tǒng)、及力神電池公司優(yōu)質(zhì)的儲能電池產(chǎn)品，中國寶武集團總承包并設(shè)計、中冶集團負(fù)責(zé)施工的泰山站雪下建筑，寶鋼工程承接建設(shè)安裝等任務(wù)，優(yōu)勢互補，通力協(xié)作，短時間內(nèi)完成了項目所需全套綠色能源系統(tǒng)研制部署工作。

當(dāng)前，泰山站新能源微電網(wǎng)系統(tǒng)已建設(shè)完成。經(jīng)運行測試，最大標(biāo)稱功率10kW的光伏發(fā)電分系統(tǒng)在泰山站極晝期間實際最大發(fā)電功率達到10.5kW，而國內(nèi)同等功率的光伏發(fā)電系統(tǒng)在夏季太陽光照最好時最大發(fā)電功率一般也不會超過7kW；最大標(biāo)稱功率5kW的風(fēng)力發(fā)電分系統(tǒng)在泰山站大風(fēng)時實際最大發(fā)電功率5.2kW，也充分達到了設(shè)計目標(biāo)。

此外，在本次科考過程中，由東南大學(xué)自動化學(xué)院的科研團隊自主研發(fā)的“極地移動電源”將能夠很好地解決能源問題。它可以通過能量轉(zhuǎn)換，為泰山站提供全年不間斷的電力供應(yīng)。

移動電源為整個裝置和天文觀測儀器設(shè)備提供電力支持。移動電源位于發(fā)電艙內(nèi)，艙內(nèi)有6臺德國HATZlB40發(fā)電機，發(fā)電艙為上下兩層，下層為儲油箱．上層安裝了發(fā)電機組以及各種輔助設(shè)備。機組重要輔件有超級電容、潤滑油箱以及油泵。這樣一套系統(tǒng)可以進行持續(xù)供電。以柴油或者特種煤油為能源，采用柴油發(fā)電機發(fā)電，可以穩(wěn)定輸出交直流電，再經(jīng)過一定的配送進行供電。考慮到發(fā)電機可能存在故障或者需要切換的情況存在，因此發(fā)電機發(fā)出的電一部分用于對外供電，另一部分輸入蓄電池中進行儲能。

有了這個移動電源做輔助，南極科考的數(shù)據(jù)以及設(shè)備運行的數(shù)據(jù)就可以實時的傳回來進行分析?？梢栽谠O(shè)備無人時提供一個穩(wěn)定的電源，同時進行實時數(shù)據(jù)回傳，為我們的科考做服務(wù)。

數(shù)據(jù)顯示，泰山站新能源微網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)在南極工作穩(wěn)定、運行良好，整體發(fā)電效果突出。在我國第35次南極考察隊離開泰山站之后，新能源系統(tǒng)仍然持續(xù)為泰山站內(nèi)某科研設(shè)備供電，并通過微電網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)部的銥星通訊網(wǎng)絡(luò)可以將系統(tǒng)的運行狀態(tài)時時發(fā)送到國內(nèi)，保證了系統(tǒng)運行正常。

眾所周知，能源是制約我國在南極進行科學(xué)探索的關(guān)鍵因素之一。此前，我國在南極的科學(xué)考察站全部以燃油作為能量來源。隨著科技的發(fā)展和人類對環(huán)境保護意識的提高，越來越多的國家提出在南極建設(shè)新能源考察站，并已有少數(shù)發(fā)達國家已成功在南極建設(shè)了新能源發(fā)電站，部分實現(xiàn)了利用新能源替代傳統(tǒng)燃料能源的目的。今后，實現(xiàn)能源就地取材、循環(huán)利用是南極能源發(fā)展和使用的必經(jīng)之路。

“實現(xiàn)能源就地取材、循環(huán)利用是南極能源發(fā)展和使用的必經(jīng)之路。如今，隨著南極泰山站新能源微網(wǎng)供電系統(tǒng)的正式建成，中國南極科考的能源利用將變得更加綠色、高效、可持續(xù)?！眳味枵f。