太原理工大學(xué)引領(lǐng)極地能源革命

科學(xué)導(dǎo)報(bào)訊 近日，國際頂尖學(xué)術(shù)期刊Nature旗下的Nature News以“China is boosting its Antarctic research. What does that mean for the world？”為題，將目光聚焦中國南極科考的最新進(jìn)展，對太原理工大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)牽頭設(shè)計(jì)研發(fā)的秦嶺站清潔能源系統(tǒng)給予高度評價(jià)，引發(fā)全球科學(xué)界廣泛關(guān)注。這不僅是中國科研實(shí)力的彰顯，更蘊(yùn)含著山西高校在極地探索征程中的堅(jiān)實(shí)力量。

長期以來，全球約40個(gè)南極常年科考站嚴(yán)重依賴燃油作為一次能源供給。隨著“綠色考察”理念的深入，這一傳統(tǒng)能源體系的弊端日益凸顯。而南極地區(qū)嚴(yán)寒、強(qiáng)風(fēng)、暴雪的氣候，以及極晝極夜的自然現(xiàn)象，又給清潔能源的開發(fā)利用帶來重重挑戰(zhàn)。在此背景下，今年初部署在秦嶺站的清潔能源系統(tǒng)意義非凡。該系統(tǒng)集成光伏、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。其中，光伏和風(fēng)電總?cè)萘窟_(dá)230kW，占整個(gè)秦嶺站總發(fā)電容量的60%，同時(shí)創(chuàng)新性采用氫能作為長周期儲(chǔ)能手段，成功實(shí)現(xiàn)極晝極夜各180天的極端能量平衡。在無風(fēng)無光等極端情況下，該系統(tǒng)仍可為站區(qū)提供約2.5小時(shí)、最大150kW負(fù)荷的供電，有力保障了考察站科研設(shè)備和基本生活設(shè)施的安全綠色運(yùn)行。每年節(jié)省的百噸燃油和超30天雪龍船運(yùn)輸成本，既降低了經(jīng)濟(jì)成本，也極大減少了對站區(qū)生態(tài)環(huán)境的污染和破壞，一舉突破了南極科考長期依賴柴油的世界性難題。

太原理工大學(xué)作為這一項(xiàng)目的首席科學(xué)家單位，自2021年起，在中國極地研究中心的組織下，太原理工大學(xué)聯(lián)合中電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，展開產(chǎn)學(xué)研深度合作。以孫宏斌教授課題組近30年復(fù)雜能量網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究為根基，融合電氣、機(jī)械、熱能等多學(xué)科知識，科研團(tuán)隊(duì)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）等一系列關(guān)鍵技術(shù)。針對南極特殊環(huán)境，設(shè)計(jì)開發(fā)出抗低溫抗強(qiáng)風(fēng)的“水滴型”風(fēng)機(jī)，有效提升了風(fēng)能利用效率與設(shè)備穩(wěn)定性。2023年11月，南極秦嶺站“風(fēng)—光—?dú)洹獌?chǔ)—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)在太原和內(nèi)蒙古兩地分別開展系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試；同年11月，整套新能源系統(tǒng)運(yùn)往南極，并于12月22日順利抵達(dá)南極秦嶺站；2025年3月1日正式交付使用，開啟中國極地綠色科考新篇章。為確保新能源系統(tǒng)在南極惡劣環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行，太原理工大學(xué)建成全球首個(gè)極地極端環(huán)境模擬科學(xué)裝置。該裝置可實(shí)現(xiàn)極低溫（lt;-100℃）、極強(qiáng)風(fēng)（gt;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)維難等瓶頸問題，為科研成果的可靠性提供了堅(jiān)實(shí)保障。