來源：太原理工大學(xué)

編輯整理 ：雙一流高教

背景介紹

2025年3月1日，我國在秦嶺站建設(shè)的首個規(guī)?；履茉聪到y(tǒng)正式啟用，成為世界上第一個南極極端環(huán)境下的規(guī)?；鍧嵞茉聪到y(tǒng)，標(biāo)志著我國在極地能源領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)綠色科考。太原理工大學(xué)是這一項目的首席科學(xué)家單位，孫宏斌教授是該項目的首席科學(xué)家。自投運以來，受到央視新聞聯(lián)播、新華社、CGTN、China Daily等央媒報道，引發(fā)全球科學(xué)界對中國引領(lǐng)南極科考的廣泛關(guān)注。

圖1. 2025年7月22日Nature News首頁

2025年7月22日，國際頂尖學(xué)術(shù)期刊《Nature》新聞頭條以“China is boosting its Antarctic research. What does that mean for the world?”為題，聚焦中國南極科考最新進展，高度評價了由我校孫宏斌教授牽頭設(shè)計研發(fā)的秦嶺站清潔能源系統(tǒng)[1]。報道采訪并引述了多位國內(nèi)外知名專家學(xué)者的評述與觀點。

文中，中國國家海洋局極地考察辦公室主任沈君介紹“秦嶺站是中國在南極南部的首個科考站...將開展海洋和陸地生態(tài)學(xué)、海冰、地球物理學(xué)和野生動物等方面的研究”。國際冰川學(xué)會前副主席、新西蘭奧塔哥大學(xué)Christina Hulbe教授評價“秦嶺站為應(yīng)對一系列南極科研前沿挑戰(zhàn)提供了很好的地理條件”。

文章報道，今年初秦嶺站已部署了一套清潔能源系統(tǒng)，包括：光伏、風(fēng)機、儲能電池和儲氫設(shè)備，預(yù)計能滿足該站超過50%的能源需求。諾獎得主、美國國家科學(xué)院院士Daniel Kammen教授在文中高度評價“其他科考站應(yīng)學(xué)習(xí)秦嶺站這一做法”。

此前，多位國際極地研究著名學(xué)者對此也給予了高度評價。國際南極研究科學(xué)委員會前主席Kim Yeadong在Science and Technology Daily中指出“在南極建設(shè)清潔能源平臺面臨巨大技術(shù)挑戰(zhàn)，秦嶺站近期實現(xiàn)60%可再生能源利用率的成果值得關(guān)注...不僅響應(yīng)了全球碳中和共識，更為南極科考站的能源轉(zhuǎn)型貢獻了中國方案”[4]；極地能源專家、阿拉斯加大學(xué)Richard Wies教授在IEEE Electrification Magazine中評價“南極秦嶺站已成功建成全球首個以可再生能源為主體、可全年運行的規(guī)?；鍧嵞茉聪到y(tǒng)，這一里程碑式發(fā)展引領(lǐng)南極科學(xué)探索進入綠色新時代” [5]。

項目簡介

長期以來南極科考嚴(yán)重依賴燃油，全世界約40個南極常年科考站的一次能源供給均為燃油。隨著南極科考活動的增多，這一南極能源體系已不適應(yīng)“綠色考察”發(fā)展需求。然而，南極嚴(yán)寒、強風(fēng)、暴雪等氣候特征，以及極晝極夜的自然現(xiàn)象，為清潔能源的開發(fā)和儲存增加了諸多挑戰(zhàn)。為了應(yīng)對南極極端環(huán)境條件，秦嶺站清潔能源系統(tǒng)裝備和系統(tǒng)需要進行專門的研發(fā)。

2021年以來，在中國極地研究中心的組織下，太原理工大學(xué)作為首席科學(xué)家單位，孫宏斌教授為首席科學(xué)家，以孫宏斌教授課題組近30年復(fù)雜能量網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究為基礎(chǔ)，組織相關(guān)科研人員和中電18所、清華大學(xué)、中電豐業(yè)、國家電投、華能集團等優(yōu)勢單位聯(lián)合攻關(guān)，融合電氣、機械、熱能等多學(xué)科，先后攻克低溫燃料電池冷啟動技術(shù)、燃料電池抗低溫冰凍技術(shù)、“制氫-儲氫-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）等關(guān)鍵技術(shù)，設(shè)計開發(fā)了適應(yīng)南極環(huán)境的抗低溫抗強風(fēng)“水滴型”風(fēng)機。2023年11月，南極秦嶺站“風(fēng)-光-氫-儲-荷”新能源系統(tǒng)建設(shè)項目獲批，2024年9月，在太原和內(nèi)蒙兩地分別開展“風(fēng)-光-氫-儲-荷”系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試，2024年11月整套新能源系統(tǒng)運往南極，12月22日抵達南極秦嶺站，2025年3月1日正式交付使用。

圖2. 秦嶺站清潔能源系統(tǒng)

在該新能源系統(tǒng)中，光伏和風(fēng)電總?cè)萘窟_到230kW，占整個秦嶺站總發(fā)電容量的60%，同時采用氫能作為長周期儲能，實現(xiàn)極晝極夜各180天的極端能量平衡，每年可節(jié)省百噸燃油和超30天雪龍船運輸成本，有效減少了對站區(qū)生態(tài)環(huán)境的污染和破壞，突破了南極科考長期依賴柴油的世界性難題。在無風(fēng)無光的情況下，該系統(tǒng)可為站區(qū)提供約2.5小時，最大150kW負(fù)荷的供電，保障考察站科研設(shè)備和基本生活設(shè)施安全綠色運行。

表1. 秦嶺站清潔能源系統(tǒng)新能源設(shè)備配置

新能源設(shè)備類型

配置

風(fēng)機

100 kW

光伏

130 kW

氫能系統(tǒng)

（燃料電池/儲氫罐）

30 kW/5000

標(biāo)方

低溫電池

300 kWh

為確保新能源系統(tǒng)能夠在南極惡劣環(huán)境下正常工作，在研發(fā)階段，太原理工大學(xué)建成了全球首個極地極端環(huán)境模擬科學(xué)裝置，可實現(xiàn)極低溫（<-100℃）、極強風(fēng)（>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、運維難等難題。

圖3. 極地極端環(huán)境模擬科學(xué)裝置

立足國家極地戰(zhàn)略重大需求，太原理工大學(xué)還主持編寫了《南極清潔能源利用技術(shù)十二年發(fā)展綱要》，并于2024年10月面向全球發(fā)布，為南極清潔能源裝備、系統(tǒng)和運維等關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)提供了方向指導(dǎo) [6]。其中凝練的關(guān)鍵科學(xué)問題，入選中國電機工程學(xué)會發(fā)布的2025年度電力領(lǐng)域重大問題難題，是唯一由高等學(xué)校提出并入選的前沿科學(xué)問題。

圖4. 《綱要》與《重大問題難題》

相關(guān)研究在國家海洋局極地考察辦公室、中國極地研究中心的支持下，受國家自然科學(xué)基金委項目（U22A6007，U23A20649）、山西省能源互聯(lián)網(wǎng)研究院重大科研支撐專項（SXEI2024A001）等資助。

相關(guān)資料

[1] “China is boosting its Antarctic research. What does that mean for the world?” Nature News. https://www.nature.com/articles/d41586-025-02157-x (2025)

[2] “我國在南極秦嶺站建設(shè)的首個規(guī)模化新能源系統(tǒng)正式交付使用” 央視新聞. https://content-static.cctvnews.cctv.com/snow-book/index.html?item_id=14806633680978973921 (2025)

[3] “中國推動南極考察快速進入綠色能源時代” 新華網(wǎng). https://www.xinhuanet.com/20250416/79d0ca6742254f6daf99db29c65094e3/c.html (2025)

[4] “Call to Accelerate Antarctic Expeditions' Green Transition” Science and Technology Daily. https://digitalpaper.stdaily.com/http_www.kjrb.com/ywtk/html/2025-05/10/content_588392.htm?div=-1 (2025)

[5] “Breaking the Ice with Green Power: China’s Pioneering Antarctic Energy System” IEEE Electrification Magazine. https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/11023042/ (2025)

[6] “Twelve-year development outline for clean energy utilization technologies in Antarctica,” Polar Research Institute of China and Taiyuan University of Technology. https://www.eea.tsinghua.edu.cn/en/info/1038/3207.htm (2024)