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極地科考多能互補(bǔ)系統(tǒng)實(shí)踐

來(lái)源: 發(fā)布時(shí)間:2025-06-09

極地科考站的能源保障是極端環(huán)境下的重要挑戰(zhàn)之一,尤其是像南極這樣的低溫地區(qū),能源供應(yīng)的可靠性和可持續(xù)性至關(guān)重要。近年來(lái),南極中山站的能源系統(tǒng)通過采用創(chuàng)新的多能互補(bǔ)技術(shù),取得了明顯的進(jìn)展。該系統(tǒng)的主要在于將風(fēng)能、光伏、氫能等多種能源形式結(jié)合使用,有效解決了極地科考站能源供應(yīng)的難題。

南極中山站采用了垂直軸風(fēng)機(jī)(10kW)和抗凍光伏組件(23kWp)作為主要的能源來(lái)源。在南極特殊的氣候條件下,垂直軸風(fēng)機(jī)具有較好的抗風(fēng)能力,能夠在風(fēng)速極高的環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行??箖龉夥M件則能夠在極低溫環(huán)境下保持良好的發(fā)電效率,確保白天和夜晚的電力供應(yīng)。通過這些可再生能源的結(jié)合,中山站在極端氣候條件下能夠穩(wěn)定獲得電力供應(yīng)。

為了進(jìn)一步提高能源系統(tǒng)的靈活性和穩(wěn)定性,系統(tǒng)還配備了PEM制氫技術(shù)(每天產(chǎn)氫12立方米),通過電解水生產(chǎn)氫氣,并利用燃料電池將氫氣轉(zhuǎn)化為電力。這一技術(shù)為站內(nèi)提供了備用能源,并且能夠?qū)崿F(xiàn)高效的儲(chǔ)能系統(tǒng)。在這種配置下,柴油的消耗減少了78%,極大地降低了能源采購(gòu)成本,同時(shí)減輕了運(yùn)輸壓力。

為了確保極地科考站的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行,該系統(tǒng)還特別考慮到了低溫環(huán)境的影響。在南極環(huán)境下,鋰電池的性能往往會(huì)受到極端低溫的影響,因此系統(tǒng)使用了特種鋰電池,其在-55℃的環(huán)境中,循環(huán)效率達(dá)到了82%,確保了電池在低溫環(huán)境下的高效工作。此外,氫能供暖系統(tǒng)有效維持了居住艙的穩(wěn)定溫度,保持在20℃±1.5℃的范圍內(nèi),為科研人員提供了舒適的生活和工作條件。

通過這一能源系統(tǒng)的改造,南極中山站的年發(fā)電量達(dá)到了154MWh,基本滿足了站內(nèi)83%的能源需求。此系統(tǒng)在其他科考站也得到了驗(yàn)證,例如奧地利的諾伊邁爾站,該站通過采用類似的技術(shù),成功將柴油運(yùn)輸成本減少了42萬(wàn)美元每年。

這些多能互補(bǔ)技術(shù)的成功應(yīng)用,不僅提升了極地科考站的能源自給能力,也為未來(lái)其他極端環(huán)境中的能源解決方案提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

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