在經過1個月的安裝、調試運行等全部任務后,2019年2月1日,泰山站風光柴儲多能互補智能微電網開始投入運行。在科考隊回國后,泰山站的科考設備依然在工作,而支撐它們工作的綠色電能就取自南極的風和陽光。
中國南極泰山站是繼長城站、中山站、昆侖站之后中國的第四個南極科學考察站,于2014年2月8日建成開站。它主要承擔中山站至昆侖站之間的“中繼站”任務,同時為南極內陸格羅夫山考察提供支持。泰山站位于中山站與昆侖站之間的伊麗莎白公主地,距離中山站約520公里,距離昆侖站約600公里,是一座南極內陸夏季科學考察站,冬季進行無人值守的科研自動觀測。
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噸航空煤油。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。
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。
南極大陸號稱地球“風極”,蘊含著大量可再生能源,隨著新能源技術的進步與發展,南極的“風”與“光”開始成為這里新的“電源”。為了盡可能多地利用風能和光照,部分科考站采用了風光新能源發電為科考站提供電能,如比利時的新伊麗莎白公主站和澳大利亞的Mawson站。在南極這樣的極端環境中,風力發電發揮著重要的作用。那么問題來了,要把風力電站建到氣候極其惡劣的南極,并且穩定可靠運行能否實現呢?
因此,針對南極泰山站極寒、大風、高海拔、低氣壓、強紫外輻照等特殊環境,找到能夠抵抗惡劣氣候環境并且安裝維護方便的小型風力發電機廠家成為了極地中心新能源項目組的首要任務。經過1年多時間,項目組成員走訪了大大小小幾十家大中小型風力發電機廠家,經過嚴格論證對比,我們的變槳距技術脫穎而出,成為了唯一的可選廠家。合作敲定后,在國家利益之上和為國爭光精神的鼓勵下,青島安華新元所有技術人員通力協作,加班加點,查閱大量文獻,咨詢了十幾位研究院材料專家,經過6個月的攻關,成功解決了所有低溫技術難點,并在承諾的交貨期內保質保量按時交付了風電系統。
南極泰山站新能源微電網供電系統目前工作穩定、運行良好。在我國第35次南極科考隊離開泰山站之后,系統仍然持續為泰山站內科研設備供電,并通過微電網供電系統內部的銥星通訊網絡將系統的運行狀態時時發發至國內,在國內就可以對系統的運行情況了如指掌。后期隨著用電負載的增加,可以通過并入更多風力發電機,實現供電電能的增加,充分滿足用電需求。
隨著南極泰山站風光柴儲多能互補微電網項目的順利實施,中國南極科考的能源利用將變得更加綠色、高效、可持續。目前,我們的風力發電機已經在南極泰山站和羅斯海新站扎根,衷心希望我們的風力發電機能夠為美麗神秘的南極送去更多綠色能源!