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    光伏發電已成為南極主要的穩定能源來源

    2020-11-16 16:27:43 太陽能發電網
    發電站是南極考察站的心臟,有了電,才有了科考隊員的供暖、供水,從而保障隊員的生活;有了電,才能與外界進行信息的傳輸,從而建立起與外界的聯系;有了電,才能架起各種儀器和設備,從而進行自然界奧秘的探索。總之,在南極,有了電才有了一切可能。也正是上述原因,各國在南極科考站對電站的建設也就顯得格外重視。目前南極考察站常見的供
    發電站是南極考察站的心臟,

    有了電,才有了科考隊員的供暖、供水,從而保障隊員的生活;

    有了電,才能與外界進行信息的傳輸,從而建立起與外界的聯系;

    有了電,才能架起各種儀器和設備,從而進行自然界奧秘的探索。

    總之,在南極,有了電才有了一切可能。也正是上述原因,各國在南極科考站對電站的建設也就顯得格外重視。

    目前南極考察站常見的供電形式有如下幾種:

    一、柴油發電機

    柴油發電機是目前南極應用最為普遍的一種發電方式,也是科考隊員生活和儀器用電的主要來源。相比于其它發電方式(風能、太陽能),柴油發電機更穩定、更可靠、效率也更高,況且隨著自動化、智能化、節能化等技術的發展,柴油發電的優勢顯得更加明顯。

    例如,我國南極中山站的電站由3臺150千瓦和1臺30千瓦柴油發電機組成,可以保證站區生活、工作和科研等的連續用電。這也是為什么我國南極中山站配備有大量油罐的原因。


    位于我國中山站具有代表性的十二生肖油罐

    中山站是可越冬考察站,也就是說常年都有工作人員在,自然環境相比于南極內陸也柔和了許多,即便是發電站出現了問題,也能及時搶修,保證考察站順利運行。相比之下,位于內陸的泰山站和昆侖站自然環境更為惡劣,目前也是無法越冬的。所以,南極內陸地區供電系統穩定性顯得更為重要,否則一旦出了問題,只能等夏季科考隊員前往進行維修。

    目前我國在昆侖站采用的集成供電系統是由澳大利亞的新南威爾士大學(UNSW)和中國南極天文中心共同研發的PLATO支撐平臺。該系統安裝在兩個約3米高的集裝箱內,其中一個存放動力系統和燃料,另一個為儀器倉,用于放置各種儀器和控制系統。PLATO配備兩個銥星調制解調器用于互聯網傳輸。PLATO正常情況下可為昆侖站提供約1千瓦持續的電力供應,夏季還可用太陽能電池板補充電力儲備。PLATO也是目前我們南極昆侖站主要的供電系統。


    科考隊員正在對發電機組進行維護

    在數次的南極科考中新南威爾士大學的Michael Ashley教授也積極配合我國科考隊員對PLATO進行維護和升級工作。

    其實我們國家也在研發自己的能源支撐平臺,早在2009年,東南大學就與中科院紫金山天文臺簽署了戰略合作協議,共同研發具有自主知識產權的南極冰穹A科考支撐平臺,簡稱“東大平臺”,也就是后來的“東大極能”。

    說到“東大極能”,我們就要緬懷一位為此付出寶貴生命的科研人。郝英立教授,也就是當時“南極冰穹A科考支撐平臺”的負責人。在2010年西藏羊八井的平臺測試期間,因旅途勞累、超負荷工作和高原反應,郝教授生命定格在了47歲,為他熱愛的科研事業獻出了寶貴的生命。

    同年,接任負責人的魏海坤教授將第一代“東大平臺”安裝在了南極昆侖站,并工作了五十余天。2018年,第二套系統安裝在了南極泰山站,由于種種原因目前也不工作了。2019年,改名為“東大極能”的科考支撐平臺再次乘坐“雪龍”號前往南極,并安裝在了泰山站。東大也為此召開了新聞發布會,當時也算可謂是轟動一時。但至于結果怎么樣,恐怕時間已經給出了答案。

    同時,也希望我們自主研發的科考支撐平臺能早日真正的派上用場。

    二、光伏發電

    太陽能發電也是目前南極常用的一種發電方式,在多個考察站也有應用。

    太陽能發電在南極有一個天然的劣勢,就是進入極夜環境,太陽能發電裝置就無計可施了。而恰恰有些設備是在極夜環境下運行的,比如我們的南極巡天望遠鏡。盡管如此,在極晝的時間段內太陽能發電還是能夠在一定程度上為供電系統提供一定的電力儲備。



    位于我國中山站的太陽能電池板陣列


    位于烏拉圭南極科考站的太陽能系統



    位于我國昆侖站的太陽能電池板


    三、風力發電

    相比于太陽能,南極還有一個天然的優勢就是風力資源豐富。南極大陸號稱地球的“風極”,況且風力發電不會受極夜的影響,可以持續的進行。例如比利時于2009年建造的新伊麗莎白公主站,是世界上第一座僅依靠可再生能源(風能和太陽能)就可以維持運行的南極科考站。

    新伊麗莎白公主站具有一套能源管理系統,能夠充分利用52kW太陽能發電機組和54kW風力發電機組發出的電能。即使在極夜,雖然太陽能發電機組停止發電,但是9座9米高的風車仍能產生54kW的電力,并全部用作科考站內的電力應用。強風成為新伊麗莎白公主站主要的穩定能源來源。


    比利時新伊麗莎白公主站的風力發電系統



    位于我國南極泰山站的風力發電系統


    我國在南極昆侖站也建有風力發電設備,例如下圖中展示的新一代垂直軸風力發電機組。它具有微風啟動(1米/秒)、360度受風、全鋁流線結構、外轉子、多極等優點。



    位于我國南極昆侖站的風力發電系統

    除上述之外,有資料顯示南極洲曾經還有過一座核電站——PM-3A。該核電站位于美國麥克默多考察站,是一座電功率為1.5兆瓦的小型壓水堆核電站,于1962年3月啟動,從此南極進入了核能時代。但后來美國因越戰已自顧不暇,加上其它不為人知的原因,該核電站已于1972年關閉。眾所周知,有核能的地方就意味著有核污染的風險,根據南極公約,估計短期之內南極不會再有核電站了。

    盡管目前南極有多種形式的供電形式,但絕大多數的科考站還是依靠柴油機發電,因為普通的風力渦輪機承受不了南極極端的低溫和暴風。但隨著技術的進步,同時也是為了減少化石能源對南極環境的污染,清潔能源在南極的應用將會越來越廣泛。我國在南極的第五個考察站——羅斯海新站在建設初期就充分考慮可再生能源的應用,未來將以風能和太陽能為主的清潔能源系統。


    原標題:南極究竟是如何供電的?


    作者: 來源:中國科學網 責任編輯:jianping

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