近日，我國首套應用于南極地區的完整風光燃儲互補智能微電網發電系統建成，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供電系統順利完成安裝、調試、并網運行任務。這標志著，我國在南極的科學考察站從以燃油作為能量來源，向就地取材、循環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性能源解決方案。

南極洲年平均氣溫為-25℃，內陸高原平均氣溫為-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。泰山站所在區域具有典型的內陸氣候，風大，吹雪嚴重，氣候環境極其惡劣：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℃；年均風速：6.5m/s，最大風速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。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電機組，輪流發電和檢修，保障考察站全年每天24小時不間斷的電力供應。

各國對南極科考的歷史已經有100多年。目前，共有20個國家在南極洲建立了150多個科學考察站，我國目前有5個科考站在運行。據中國極地研究中心提供的資料顯示，由于柴油發電所需，長城站和中山站每年至少需要補給高標柴油350噸，還需要少量的汽油、液化氣等。2008~2009年度的內陸隊考察和昆侖站建設共配備160噸特種煤油。這些燃料主要用于發電、取暖、運輸機械等。因為南極地區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，并且每次運送的數量也很有限。隨著科技的發展和人類對環境保護意識的提高，越來越多的國家提出在南極建設新能源考察站。

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

為了擺脫對常規能源的依賴，形成有效的新能源利用機制，助力極地科考事業發展。我國的南極考察站多年來也在不斷嘗試新能源的應用。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，加大清潔能源的應用比重，實現能源就地取材、循環利用，打造自動化、智能化綠色供電系統，使之成為南極考察站中高科技與環境保護的示范站。

定制化創新

南極地區尤其是泰山站建設地，太陽能、風能充足，充分利用好光伏發電和風力發電的互補特性，柴油發電和新能源系統并網運行，搭建風光柴儲多能互補智能微電網發電系統。光伏發電系統和風力發電系統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用電負載的用電需求，多余的電能還可以儲存到儲能系統中，作為備用電源。極端情況下，在新能源供電系統發電量或儲能系統電量不足時，自動啟動柴油發電機發電，待新能源發電系統發電滿足供電狀態時，再次自動無縫切換到新能源系統供電，同時關閉柴油發電機供電。通過智能化管理，適時調配能源供應，保證在任何時候、任何情況下，考察站的科學觀測設備均可以獲得安全、穩定、可靠的能源保障。

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

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、融雪系統、新風加熱采暖系統、污水處理系統等，整合在集裝箱模塊內，實現快速安裝，縮短南極現場施工周期。同時，創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雪掩埋的難題，最大程度減少對周圍地形的影響，保證站區設施長期安全穩定運行。

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

據悉，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所高效能源系統設計經驗，發揮藍天太陽公司高原離網系統搭建能力，采用上海微系統所研發的高效率雙面SHJ硅異質結太陽能電池、青島安華公司的風電系統、及力神電池公司優質的儲能電池產品，中國寶武集團總承包并設計、中冶集團負責施工的泰山站雪下建筑，寶鋼工程承接建設安裝等任務，優勢互補，通力協作，短時間內完成了項目所需全套綠色能源系統研制部署工作。

當前，泰山站新能源微電網系統已建設完成。經運行測試，最大標稱功率10kW的光伏發電分系統在泰山站極晝期間實際最大發電功率達到10.5kW，而國內同等功率的光伏發電系統在夏季太陽光照最好時最大發電功率一般也不會超過7kW；最大標稱功率5kW的風力發電分系統在泰山站大風時實際最大發電功率5.2kW，也充分達到了設計目標。

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

移動電源為整個裝置和天文觀測儀器設備提供電力支持。移動電源位于發電艙內，艙內有6臺德國HATZlB40發電機，發電艙為上下兩層，下層為儲油箱．上層安裝了發電機組以及各種輔助設備。機組重要輔件有超級電容、潤滑油箱以及油泵。這樣一套系統可以進行持續供電。以柴油或者特種煤油為能源，采用柴油發電機發電，可以穩定輸出交直流電，再經過一定的配送進行供電。考慮到發電機可能存在故障或者需要切換的情況存在，因此發電機發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，南極科考的數據以及設備運行的數據就可以實時的傳回來進行分析。可以在設備無人時提供一個穩定的電源，同時進行實時數據回傳，為我們的科考做服務。

數據顯示，泰山站新能源微網發電系統在南極工作穩定、運行良好，整體發電效果突出。在我國第35次南極考察隊離開泰山站之后，新能源系統仍然持續為泰山站內某科研設備供電，并通過微電網系統內部的銥星通訊網絡可以將系統的運行狀態時時發送到國內，保證了系統運行正常。

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

“實現能源就地取材、循環利用是南極能源發展和使用的必經之路。如今，隨著南極泰山站新能源微網供電系統的正式建成，中國南極科考的能源利用將變得更加綠色、高效、可持續。”呂冬翔說。