清華新聞網(wǎng)7月31日電 2025年7月22日，國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊《自然》（Nature）新聞?lì)^條以“中國(guó)正在加強(qiáng)其南極研究。這對(duì)世界意味著什么？”（China is boosting its Antarctic research. What does that mean for the world?）為題，聚焦中國(guó)南極科考最新進(jìn)展，高度評(píng)價(jià)了由清華大學(xué)電機(jī)系孫宏斌教授牽頭設(shè)計(jì)研發(fā)的秦嶺站清潔能源系統(tǒng)。
Nature News首頁(yè)
文中，中國(guó)國(guó)家海洋局極地考察辦公室主任沈君介紹“秦嶺站是中國(guó)在南極南部的首個(gè)科考站...將開(kāi)展海洋和陸地生態(tài)學(xué)、海冰、地球物理學(xué)和野生動(dòng)物等方面的研究”。國(guó)際冰川學(xué)會(huì)前副主席、新西蘭奧塔哥大學(xué)克里斯蒂娜·胡爾貝（Christina Hulbe）教授評(píng)價(jià)“秦嶺站為應(yīng)對(duì)一系列南極科研前沿挑戰(zhàn)提供了很好的地理?xiàng)l件”。文章報(bào)道，今年初南極秦嶺站已部署了一套清潔能源系統(tǒng)，包括：光伏、風(fēng)機(jī)、儲(chǔ)能電池和儲(chǔ)氫設(shè)備，預(yù)計(jì)能滿(mǎn)足該站超過(guò)50%的能源需求。美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院士丹尼爾·科曼（Daniel Kammen）教授評(píng)價(jià)“其他科考站應(yīng)學(xué)習(xí)秦嶺站這一做法”。
能源是南極科學(xué)考察的基本物質(zhì)保障，長(zhǎng)期依賴(lài)燃油難以滿(mǎn)足極地“綠色考察”的發(fā)展需求。然而，南極極端環(huán)境對(duì)清潔能源的開(kāi)發(fā)利用構(gòu)成嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，因此，南極秦嶺站清潔能源裝備和系統(tǒng)亟需專(zhuān)門(mén)研發(fā)。自2021年起，在中國(guó)極地研究中心的組織協(xié)調(diào)下，以清華大學(xué)電機(jī)系孫宏斌教授為首席科學(xué)家的團(tuán)隊(duì)，聯(lián)合學(xué)校相關(guān)科研人員，協(xié)同太原理工大學(xué)、中電18所、中電豐業(yè)、國(guó)家電投、華能集團(tuán)等優(yōu)勢(shì)單位進(jìn)行聯(lián)合攻關(guān)，先后攻克抗低溫強(qiáng)風(fēng)的風(fēng)力發(fā)電、低溫燃料電池冷啟動(dòng)、“制氫-儲(chǔ)氫-輸氫”控制、極地多能流綜合能量管理系統(tǒng)（IEMS）等關(guān)鍵技術(shù)。整套系統(tǒng)于2024年9月在太原和內(nèi)蒙兩地開(kāi)展集成聯(lián)調(diào)，2024年12月運(yùn)抵南極秦嶺站并安裝調(diào)試，2025年3月投入運(yùn)行。
南極秦嶺站清潔能源系統(tǒng)
該清潔能源系統(tǒng)的光伏和風(fēng)電總?cè)萘窟_(dá)到230kW，占整個(gè)秦嶺站總發(fā)電容量的60%，同時(shí)采用氫能作為長(zhǎng)周期儲(chǔ)能，實(shí)現(xiàn)極晝極夜各180天的極端能量平衡，突破了南極科考長(zhǎng)期依賴(lài)柴油的世界性難題，有效減少對(duì)站區(qū)生態(tài)環(huán)境的污染和破壞。在無(wú)風(fēng)無(wú)光的情況下，該系統(tǒng)可為站區(qū)提供約2.5小時(shí)、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)施的安全綠色運(yùn)行。
自投運(yùn)以來(lái)，該系統(tǒng)先后得到央視新聞聯(lián)播、新華社等媒體報(bào)道，并引發(fā)全球科學(xué)界對(duì)中國(guó)引領(lǐng)南極科考的廣泛關(guān)注。國(guó)際南極研究科學(xué)委員會(huì)前主席金禮東（Kim Yeadong）在《科技日?qǐng)?bào)》（Science and Technology Daily）中指出“在南極建設(shè)清潔能源平臺(tái)面臨巨大技術(shù)挑戰(zhàn)，秦嶺站近期實(shí)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(shí)，更為南極科考站的能源轉(zhuǎn)型貢獻(xiàn)了中國(guó)方案”；極地能源專(zhuān)家、阿拉斯加大學(xué)理查德?維斯（Richard Wies）教授在《IEEE電氣化雜志》（IEEE Electrification Magazine）中評(píng)價(jià)“南極秦嶺站已成功建成全球首個(gè)以可再生能源為主體、可全年運(yùn)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(jìn)入綠色新時(shí)代”。
為確保秦嶺站清潔能源系統(tǒng)建設(shè)工程順利開(kāi)展，在孫宏斌教授的支持下，電機(jī)系王彬副研究員作為清華大學(xué)唯一代表，入選中國(guó)第41次南極考察隊(duì)，赴南極執(zhí)行清潔能源系統(tǒng)建設(shè)任務(wù)，并被授予“中國(guó)第41次南極考察隊(duì)優(yōu)秀隊(duì)員”榮譽(yù)稱(chēng)號(hào)。
為確保清潔能源系統(tǒng)能夠在南極惡劣環(huán)境下正常工作，孫宏斌教授組織建成了全球首個(gè)極地極端環(huán)境模擬科學(xué)裝置，可耦合模擬極低溫（<-100℃）、極強(qiáng)風(fēng)（>60m/s）、暴雪和極晝/夜等12種南極極端環(huán)境，有效解決了極地清潔能源研究難、測(cè)試難、運(yùn)維難等核心挑戰(zhàn)。
極地極端環(huán)境模擬科學(xué)裝置
立足國(guó)家極地戰(zhàn)略重大需求，孫宏斌教授還主持編寫(xiě)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(yùn)維等關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)提供了方向指導(dǎo)。其中凝練的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，入選中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)發(fā)布的2025年度電力領(lǐng)域重大問(wèn)題難題，是唯一由高等學(xué)校提出并入選的前沿科學(xué)問(wèn)題。
《綱要》與《重大問(wèn)題難題》
相關(guān)研究在國(guó)家海洋局極地考察辦公室、中國(guó)極地研究中心的支持下，受?chē)?guó)家自然科學(xué)基金委項(xiàng)目（U22A6007，U23A20649）、山西省能源互聯(lián)網(wǎng)研究院重大科研支撐專(zhuān)項(xiàng)（SXEI2024A001）等資助。
供稿：電機(jī)系
編輯：鄭青春
審核：黃思南
