欢迎来到“世界的尽头”——南极。
你的任务是:建造中国第五座南极科考站——秦岭站。并保证至少100名科考队员能在此生存一年。
秦岭站 中国第五座南极科考站▼
看着眼前一望无际的冰原,你首先感觉到的是冷、非常冷,毕竟这里的年平均气温只有零下25℃。为了活下去,你迫切需要烧点儿什么。
你的第一反应是柴油。
没错,这也是全球绝大多数南极科考站的选择。但是,南极距离中国大陆有2.7万海里,带着柴油的“雪龙号”破冰船需要30天以上才能送到,而且在极寒状况下,传统柴油机发动机的启动成功率不足70%,这样想来,柴油似乎就没那么方便了。
从上海出发到南极大陆运送补给
“雪龙2”号破冰船要走30天以上▼
那烧什么?
太原理工大学电气与动力工程学院院长窦银科会说:就地取材。
就地取材?“生命禁区”中能有哪些可用之材呢?
这里有风,每年8级以上的大风天平均有300天,最强风力的破坏力相当于12级台风的10倍。
这里有光,一年当中有68天的时间太阳不会沉入地平线,但同时有97天一点阳光都见不到,最低气温能降到零下80℃。
这里有水,地球上70%的淡水都在南极,可惜全部处于永久冰冻状态,你甚至想不到,这里是地球上最干旱的地区。
极夜、极寒、极强风、极干旱,南极的“极”原来是极端气候的“极”。但我们能利用的能源也只有这些。
南极的极端气候“乳白天气” 能见度小于5米▼
那只能在装备上想想办法了,中国人祭出四招,直接改写了极地生存法则。
第一招:疾风劲草
要利用风,就得上风力发电机,但传统的风机在南极不堪一击。
窦银科就曾在南极亲眼看到一座风机的叶片被强风吹断,直接卷到中山站一公里以外的冰山群里。
正面硬刚肯定是不行了,我们只能牺牲部分发电效率,让一部分风先走。秦岭站的风机采用了一种形似水滴的特殊造型。流线型的轮廓,能让强风顺畅地滑走,即使是17级大风,风机也能安然无恙。
中国科考队员在秦岭站吊装水滴型风机▼
第二招:囊萤映雪
要利用光,就需要上光伏板。但传统的光伏板一旦遭遇海雾或者被积雪覆盖,就只能集体“趴窝”。而秦岭站的光伏板正反两面都能发电。你可能会问,背面发电用什么光呢?大家都听说过囊萤映雪的故事,没错,就是积雪的反光。这样,即使在低光照条件下,光伏板仍能保持22%的高水平发电效率。
中国科考队员在秦岭站安装光伏板▼
第三招:超长待机
当漫漫极夜来临,一点光都没有怎么办?这时就轮到氢储能登场了。
一般的储能存的是电。而电会在极寒条件下快速流失,如果想要存得住,就必须通过电解水将电转换成氢,用电的时候再通过氢燃料电池发电,这样,科考站就有了一个超长待机的充电宝,即使完全无风无光,氢储能系统仍可以持续输出2.5小时电力,带动150千瓦负荷。
中国科考队员在秦岭站安装储氢罐▼
第四招:能源互联
最重要的是,虽然这些新能源设备都很顶,但是全靠人去启停检修,那可是要冒生命危险的!所以,还需要有一套与之相配的能源互联网系统,提前预测能源需求,远程指挥所有能源协同作战。
远程?能有多远?
远到你在太原就可以遥控地球另一端的南极秦岭站。
位于太原理工大学的极地能源互联网数据平台▼
就这样,中国人在南极建起了一座“绿色堡垒”,而中国在做,全世界都在看!
2017年5月,在第四十届南极条约协商会议上,中国率先提出了“绿色考察”倡议。
言必行,行必果。既然发出倡议,就要践行倡议。窦银科的团队一门心思就干这个事,潜心研究极地新能源系统。
仅仅过了不到8年时间,中国人就兑现了承诺。当全球首个极地规模化新能源系统在秦岭站启用时,全球31个国家的科考队、150多座科考站都睁大了眼睛,投来了关注的目光。
南极秦岭站新能源系统全貌▼
但出征南极,还远远不是终点。
还有一个地方,它也有极寒、极昼、极夜,同样需要就地取材、超长待机、无人值守的能源系统。
它就是——月球。
在神舟二十一号载人飞行任务的新闻发布会上,中国已经宣布将锚定2030年前实现登陆月球。
神舟二十一号载人飞行任务新闻发布会▼
出发,去月球!这声呼唤,穿越漫长岁月,凝结着人类对这位地球近邻永恒的好奇与梦想。而今,随着新一轮探月热潮在全球兴起,中国给登月定下了日子。因为环境相近,原理通用,技术可直接移植,山西研制的这套极地能源系统,也许能够成为我们迈向月球、扎根月球的一块关键跳板。
尤其是氢能源,将来会进一步模块化、小型化,这种关键技术将有很大可能在月球基地上应用。
环境越极端,能源科技就越要向前去,这既是我们生存的资本,也是征服星辰大海的入场券。
|来源:山西广播电视台
|编辑:王泽
|校对:金环
|审核:王冬梅
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