儲(chǔ)能電池參與、風(fēng)光柴多能互補(bǔ) 南極科考泰山站雪下建成智能微電網(wǎng)供電系統(tǒng)
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發(fā)布日期：2019-03-12
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“雪龍”號(hào)極地考察船載著中國(guó)第35次南極科學(xué)考察隊(duì)隊(duì)員8日下午從南海穿越巴士海峽，繼續(xù)行進(jìn)在返回上海的途中。
我國(guó)首個(gè)南極雪下工程，泰山站雪下建筑進(jìn)行了多項(xiàng)創(chuàng)新。在深雪之下組裝建筑，安裝風(fēng)能-太陽能-柴油發(fā)電機(jī)-儲(chǔ)能電池互補(bǔ)的智能微電網(wǎng)供電系統(tǒng)，柴油發(fā)電和新能源系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行，可根據(jù)新能源供電量自動(dòng)調(diào)整發(fā)電量，從而有效地節(jié)約燃油消耗，還可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無人值守供電等系統(tǒng)。
“雪龍”號(hào)極地考察船載著中國(guó)第35次南極科學(xué)考察隊(duì)隊(duì)員8日下午從南海穿越巴士海峽，繼續(xù)行進(jìn)在返回上海的途中。
本次南極科考的一項(xiàng)重要成果，是泰山站二期工程建設(shè)順利完成，在深雪之下組裝建筑，安裝發(fā)電、新能源、污水處理、融雪、遠(yuǎn)程無人值守供電等系統(tǒng)。作為我國(guó)首個(gè)南極雪下工程，泰山站雪下建筑進(jìn)行了多項(xiàng)創(chuàng)新。
為何建在雪下？
泰山站位于東南極內(nèi)陸冰蓋伊麗莎白公主地區(qū)域，距中山站520公里。這一區(qū)域具有典型的內(nèi)陸氣候，風(fēng)大，吹雪嚴(yán)重。受風(fēng)場(chǎng)擾動(dòng)等影響，出現(xiàn)強(qiáng)烈地吹雪等天氣時(shí)，建筑物面臨被積雪掩埋的風(fēng)險(xiǎn)。為減小風(fēng)阻和有利于大風(fēng)吹走積雪，泰山站主體建筑整體架空于雪面，此次建設(shè)的配套工程則直接選擇建在了雪下。
“受南極特殊的氣候條件和地理位置影響，各國(guó)內(nèi)陸冰蓋考察站建筑都不同程度地出現(xiàn)被積雪掩埋的情況。同時(shí)，施工窗口周期短，施工條件有限，也是各國(guó)科考建設(shè)共同面對(duì)的難題。”中國(guó)第35次南極科考隊(duì)泰山站站長(zhǎng)姚旭說。
考慮到以上特點(diǎn)，泰山站二期工程采用定制集裝箱模塊組合形式，將供配電系統(tǒng)、融雪系統(tǒng)、新風(fēng)加熱采暖系統(tǒng)、污水處理系統(tǒng)等，整合在集裝箱模塊內(nèi)，實(shí)現(xiàn)快速安裝，縮短南極現(xiàn)場(chǎng)施工周期。同時(shí)，創(chuàng)造性地采用雪下建筑的形式，變被動(dòng)為主動(dòng)，有效解決南極建筑被風(fēng)雪掩埋的難題，最大程度減少對(duì)周圍地形的影響，保證站區(qū)設(shè)施長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行。
防水保溫效果如何？
雪下建筑保溫和防水密封至關(guān)重要。中國(guó)第35次南極科考隊(duì)隊(duì)員、泰山站二期工程現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)理周靈說，由中國(guó)寶武集團(tuán)總承包并設(shè)計(jì)、中冶集團(tuán)負(fù)責(zé)施工的泰山站雪下建筑，利用雪下恒溫特點(diǎn)，可減少南極極晝、極夜溫差變化對(duì)建筑內(nèi)部溫度的影響。
同時(shí)，雪下建筑采用定制集裝箱模塊拼裝和雙層密封防水方式，有效解決極寒環(huán)境中雪下建筑的保溫及防水密封。
經(jīng)測(cè)試，泰山站雪下建筑室內(nèi)外溫差達(dá)80攝氏度以上，雪下建筑的集裝箱拼縫沒有出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，集裝箱外也沒有出現(xiàn)融雪現(xiàn)象，為雪下建筑內(nèi)各設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障。
生活用水如何解決？
南極內(nèi)陸冰雪覆蓋，沒有液態(tài)淡水，生活用水全靠融雪化水解決。雪下工程完成后，融雪水箱給水系統(tǒng)和污水處理系統(tǒng)運(yùn)行，可集中解決20個(gè)科考隊(duì)員的生活用水。所有用雪由考察隊(duì)員就地取雪裝入融雪水箱，通過化雪設(shè)備將雪化成水，再將融水輸送至主樓的儲(chǔ)水箱。
對(duì)于生活污水，有專門的污水處理系統(tǒng)進(jìn)行處理，回用率達(dá)80%以上，可用來洗衣服等，以減少化雪量。對(duì)沒有循環(huán)利用價(jià)值的污水，則集中存放在專門的污水收集池內(nèi)，科考隊(duì)撤離前通過排污泵排到收集裝置中，再運(yùn)送到中山站進(jìn)行集中處理。
供電情況如何？
泰山站的供電系統(tǒng)令人眼前一亮，采用的是風(fēng)能-太陽能-柴油發(fā)電機(jī)-儲(chǔ)能電池互補(bǔ)的智能微電網(wǎng)供電系統(tǒng)，柴油發(fā)電和新能源系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行，柴油發(fā)電機(jī)可根據(jù)新能源供電量自動(dòng)調(diào)整發(fā)電量，從而有效地節(jié)約燃油消耗，提供清潔能源。
由于常規(guī)新能源設(shè)備在南極內(nèi)陸無法正常使用，這套供電系統(tǒng)由中國(guó)電子科技集團(tuán)根據(jù)泰山站極寒、大風(fēng)、高海拔、低氣壓等特殊環(huán)境設(shè)計(jì)特制，通過控制終端對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行智能控制。
目前，供電系統(tǒng)工作穩(wěn)定，為站區(qū)科考設(shè)備正常供電，這對(duì)未來在南極地區(qū)大規(guī)模使用新能源供電意義重大。
無人在現(xiàn)場(chǎng)怎么辦？
本次建設(shè)中，由東南大學(xué)研發(fā)的無人值守能源試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行了全方位的功能測(cè)試。測(cè)試結(jié)果顯示，由我國(guó)自主研發(fā)的這套系統(tǒng)能在泰山站高海拔、低溫、低氣壓等極端環(huán)境下不間斷供電。無人值守情況下，能通過銥星通信實(shí)現(xiàn)對(duì)本系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控及遙控操作。
同時(shí)，無人值守能源試驗(yàn)系統(tǒng)還具備快速安裝及運(yùn)輸方便的特點(diǎn)。目前，測(cè)試已完成全部數(shù)據(jù)收集，為第二階段正式投入運(yùn)行打下了良好基礎(chǔ)。