南極秦嶺站的清潔能源系統(tǒng)。受訪者供圖
3月21日，是聯(lián)合國(guó)確定的首個(gè)世界冰川日。
3月19日，在歷時(shí)137天的南極科考后，來自太原理工大學(xué)的郭棟梁，以及清華大學(xué)電機(jī)工程與應(yīng)用電子技術(shù)系王彬，分別回到太原和北京。而秦嶺站清潔能源系統(tǒng)的另一名工程技術(shù)人員，太原理工大學(xué)的張志偉則留在科考站越冬，運(yùn)維清潔能源系統(tǒng)。
此次出征南極，郭棟梁、王彬、張志偉3名能源科技工作者與后方團(tuán)隊(duì)一起，協(xié)同中國(guó)第41次南極考察隊(duì)秦嶺站隊(duì)的其他隊(duì)友，建設(shè)了秦嶺站規(guī)?；鍧嵞茉聪到y(tǒng)，將為秦嶺站提供大約60%的清潔能源供應(yīng)，成為“綠色科考”的踐行者，為全球極地科考提供了向綠發(fā)展的現(xiàn)成案例。
3月20日，新京報(bào)貝殼財(cái)經(jīng)記者采訪了郭棟梁、王彬，以及在后方提供技術(shù)支持的太原理工大學(xué)電氣與動(dòng)力工程學(xué)院院長(zhǎng)竇銀科。
各位科研工作者講述了全球氣候變暖中的南極冰川變化，以及中國(guó)為實(shí)現(xiàn)“綠色科考”在能源端所進(jìn)行的努力，描繪了通過極端環(huán)境下清潔能源系統(tǒng)應(yīng)用及科研去征服星辰大海的畫卷。
科考人員在調(diào)試儲(chǔ)氫設(shè)備。受訪者供圖
首赴南極，建設(shè)南極秦嶺站清潔能源系統(tǒng)
“在內(nèi)蒙古進(jìn)行了將近兩個(gè)月的設(shè)備聯(lián)調(diào)聯(lián)試后，10月初我們就正式乘坐雪龍2號(hào)極地考察船奔赴南極了，直到3月17日返回上海，一共歷時(shí)137天。”
3月20日，回到山西太原的郭棟梁向記者講述了此次南極科考的整體行程。他表示，該清潔能源團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)南極秦嶺站清潔能源系統(tǒng)的建設(shè)任務(wù)，解決規(guī)?；L(fēng)、光、儲(chǔ)、氫等新能源裝備和系統(tǒng)在南極“遙遠(yuǎn)極端”環(huán)境下的運(yùn)輸難、安裝難、運(yùn)行難、維護(hù)難等一系列難題。
雖然在國(guó)內(nèi)已經(jīng)做了各方面的準(zhǔn)備，但南極還是給首次進(jìn)駐的科考隊(duì)員帶來極大震撼。
“因?yàn)楫?dāng)時(shí)正是南極的夏季，日常氣溫只有零下十來度，當(dāng)時(shí)還想，南極不過如此，但一場(chǎng)大雪之后就是八九級(jí)的狂風(fēng)，一米厚的積雪很快就會(huì)不見蹤跡——我第一次被眼前的景象所震撼。”郭棟梁表示。
“這是一片既壯美又嚴(yán)酷的‘矛盾之地’。極目望去，冰川如巨獸般向天際延伸，純凈的白色中泛著幽藍(lán)的光澤；寒風(fēng)裹挾著冰晶呼嘯而過，仿佛能穿透所有防護(hù)；生物的存在更顯珍貴：企鵝群搖搖晃晃的憨態(tài)、海豹慵懶的凝視，還有偶爾從天空劃過的賊鷗，與極端自然環(huán)境形成奇妙反差。這里的寂靜也令人難忘——沒有人類社會(huì)的喧囂，只有風(fēng)聲、冰裂聲和動(dòng)物的鳴叫構(gòu)成的自然交響?！?/p>
第一次踏上南極大陸，王彬這樣描述南極帶給自己的心靈震撼。
王彬表示，南極圈的定義是南緯60度，實(shí)際上在南緯58度，科考人員在雪龍2號(hào)船上就見到了冰山，并且越往南走，漂流的冰山越多。在秦嶺站工作時(shí)，也時(shí)常見到冰山從冰川上斷裂，向羅斯海里漂移，這應(yīng)該是全球變暖導(dǎo)致冰川融化的一個(gè)側(cè)證。
科考人員正在南極的冰天雪地中緊張工作。受訪者供圖
綠色科考，中國(guó)走在世界前列
來自太原理工大學(xué)的竇銀科院長(zhǎng)是一名南極科考的“老兵”，從2004年開始就多次奔赴南極。
竇銀科告訴記者，也正是基于全球變暖、冰川消融這一背景，我國(guó)在2017年就發(fā)出“綠色科考”的倡議。
2023年11月，南極秦嶺站“風(fēng)—光—?dú)洹獌?chǔ)—荷”新能源系統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目獲批，太原理工大學(xué)校長(zhǎng)孫宏斌教授為項(xiàng)目首席科學(xué)家。2024年3月至7月，在中國(guó)極地研究中心的組織下，太原理工大學(xué)牽頭組織相關(guān)科研人員和中電18所、清華大學(xué)等單位聯(lián)合攻關(guān)，先后攻克低溫燃料電池冷啟動(dòng)技術(shù)、燃料電池抗低溫冰凍技術(shù)、“制氫—儲(chǔ)氫—輸氫”控制系統(tǒng)、極端環(huán)境下微電網(wǎng)能量管理系統(tǒng)（EMS）等關(guān)鍵技術(shù)，設(shè)計(jì)開發(fā)了適應(yīng)南極環(huán)境的抗低溫抗強(qiáng)風(fēng)“水滴形”風(fēng)機(jī)。2024年9月，在太原和內(nèi)蒙古兩地分別開展“風(fēng)—光—?dú)洹獌?chǔ)—荷”新能源系統(tǒng)聯(lián)調(diào)聯(lián)試。2024年11月，整套新能源系統(tǒng)運(yùn)往南極。
據(jù)介紹，在該新能源系統(tǒng)中，光伏和風(fēng)電總?cè)萘窟_(dá)到200kW，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。在無風(fēng)無光的情況下，秦嶺站清潔能源系統(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)施短期純綠色運(yùn)行。
王彬介紹，此次投運(yùn)清潔能源體系的秦嶺站，在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了規(guī)模化氫能源系統(tǒng)在南極科考中的應(yīng)用，并建設(shè)了秦嶺站綜合能量管理系統(tǒng)，實(shí)時(shí)采集風(fēng)速、光照、溫度等極端環(huán)境參數(shù)，監(jiān)控電源側(cè)、電網(wǎng)側(cè)、負(fù)荷側(cè)的實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，開展?jié)L動(dòng)預(yù)測(cè)、安全評(píng)估和優(yōu)化調(diào)度，動(dòng)態(tài)分配能源電力負(fù)荷，實(shí)現(xiàn)能量的梯級(jí)利用，實(shí)現(xiàn)了宜電則電、宜氣則氣、宜熱則熱。
克服困難，目標(biāo)是“星辰大?！?/strong>
郭棟梁表示，此次出征南極帶著兩大使命，一個(gè)是給科考站提供切實(shí)有效的清潔能源保障服務(wù)，一個(gè)是通過采集數(shù)據(jù)，進(jìn)行進(jìn)一步科學(xué)研究清潔能源系統(tǒng)在極端環(huán)境中的應(yīng)用，為征服“星辰大海”進(jìn)行科技儲(chǔ)備。
然而，在具體的工作中，這些從實(shí)驗(yàn)室走出來的科技工作者第一次體驗(yàn)到了南極的踐行。
王彬表示，在南極，建設(shè)一套清潔能源系統(tǒng)，是一件不容易的事情，最大的難點(diǎn)是：如何讓清潔能源的產(chǎn)生、存儲(chǔ)和使用等各個(gè)環(huán)節(jié)，能適應(yīng)南極“遙遠(yuǎn)極端”的嚴(yán)苛環(huán)境特征，需要結(jié)合南極的實(shí)際情況，對(duì)常規(guī)清潔能源技術(shù)做進(jìn)一步創(chuàng)新。在裝備層面，需結(jié)合南極的極端環(huán)境特征，采取抗低溫電池、抗風(fēng)風(fēng)機(jī)、抗風(fēng)支架等技術(shù)，以提高能源裝備在南極環(huán)境下的適應(yīng)能力；在系統(tǒng)層面，針對(duì)戶外能源裝備運(yùn)行所面臨的“缺水、少電、保暖”等3個(gè)方面挑戰(zhàn)，需改進(jìn)水循環(huán)流程，實(shí)現(xiàn)了廢水循環(huán)利用，最大程度提升淡水資源利用效率。此外，還要建設(shè)風(fēng)光儲(chǔ)動(dòng)態(tài)控制體系，抑制風(fēng)光快速波動(dòng)對(duì)南極用電各環(huán)節(jié)的干擾，并建設(shè)余熱回收及分配利用體系，提升在南極極端環(huán)境下的系統(tǒng)整體能效水平。
在回答記者有關(guān)業(yè)余生活提問時(shí)，兩位科技工作者有些錯(cuò)愕。
“因?yàn)槲覀冋泌s上了極晝，每天7點(diǎn)起床就要去調(diào)試設(shè)備，每每要干到很晚，幾乎沒有休息?！惫鶙澚赫f，“從來沒有過業(yè)余時(shí)間，業(yè)余時(shí)間的排遣也就無從談起了?！?/p>
“60天的工作時(shí)間里，我們一直堅(jiān)守在秦嶺站海拔最高的新能源區(qū)域，每一次出門，都需要做充分的心理建設(shè)?！蓖醣蛘f，除了克服技術(shù)的難題外，還得扛住環(huán)境的嚴(yán)酷，需要在大風(fēng)、嚴(yán)寒中作業(yè)，每個(gè)人都要做多面手，電工、鉗工、木工、焊工等各類工種，各類手工機(jī)械，都得會(huì)使，還能快速出活。在體力和毅力等方面突破自己的身體極限。
俯首當(dāng)下，正在從事最美好的事業(yè)
“在秦嶺站的寒夜里調(diào)試清潔能源系統(tǒng)時(shí)，我曾抬頭望見太陽在冰蓋上投下的耀眼光影，折射著地球46億年的記憶。冰川，你們的每一次崩裂都是宇宙級(jí)的嘆息，而我們正用我們的努力，去減少碳排放、減少污染物排放，試圖回應(yīng)這種嘆息。我們承諾：清潔能源的電流終將比融水更早抵達(dá)未來?！?/p>
3月19日晚上，回到北京的王彬不顧連日來的疲憊，寫下這段期許未來的獨(dú)白。
作為一名遠(yuǎn)赴南極的科學(xué)工作者，王彬還是一名擁有3個(gè)孩子的父親。
老大剛上高一，功課最緊張，也正值青春叛逆期；老二和老三是雙胞胎，還不到1周歲，他夫妻雙方父母的年齡均超過70歲，家庭所有重?fù)?dān)全壓到王彬愛人身上。
“老人們的身體是否健康、孩子們的功課是否順利，是否快樂成長(zhǎng)，這都是我最為牽掛的事情，也是我對(duì)愛人最為虧欠、最為感激的事情。”王彬表示。
郭棟梁的孩子也剛剛3歲?！八寄羁隙ㄊ菗醪蛔〉?。”郭棟梁表示，自己本來在一個(gè)工業(yè)企業(yè)工作，后來跳槽進(jìn)入太原理工大學(xué)舉辦的山西省能源互聯(lián)網(wǎng)研究院。
“同樣是搞清潔能源，但我有幸能夠參與到極端環(huán)境的清潔能源應(yīng)用研究項(xiàng)目，十分榮幸。我不光喜歡這種腳踏實(shí)地的感覺，更喜歡我們校長(zhǎng)孫宏斌所說的，有一天我們的清潔能源也可以搞到月球、火星，成為人生航道里的‘星辰大海’。”郭棟梁感慨。
南極極端環(huán)境下的清潔能源技術(shù)研究，不僅是人類探索自然邊界的科學(xué)挑戰(zhàn)，更是常規(guī)能源系統(tǒng)升級(jí)的“創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室”。其核心價(jià)值在于通過極限場(chǎng)景倒逼技術(shù)突破，為全球應(yīng)對(duì)氣候變化、提升能源韌性提供可復(fù)用的解決方案。未來，通過極地與常規(guī)能源技術(shù)的雙向反饋，有望加速實(shí)現(xiàn)高可靠、低成本的全球清潔能源轉(zhuǎn)型。
王彬表示，從2005年起，作為高校的一名科研工作者，他參與中國(guó)能源電力系統(tǒng)建設(shè)實(shí)踐已經(jīng)有20年的時(shí)間，但針對(duì)南極清潔能源系統(tǒng)，還是一名“小學(xué)生”?！拔覀冇胸?zé)任、有義務(wù)去走進(jìn)南極、認(rèn)識(shí)南極，對(duì)我們的能源技術(shù)進(jìn)行適應(yīng)性改造，以身入局，帶動(dòng)更多的科技工作者走進(jìn)南極，擁抱南極，以提高清潔能源裝備和系統(tǒng)更可靠、更安全、更便捷、更綠色?！蓖醣蛘f道。
因?yàn)橥ㄐ畔到y(tǒng)還沒完全投入使用，正在秦嶺站堅(jiān)守的張志偉沒能聯(lián)系上。想必又有一個(gè)清潔能源系統(tǒng)運(yùn)維的南極故事正在書寫。
新京報(bào)貝殼財(cái)經(jīng)記者 白華兵 編輯 陳莉 校對(duì) 盧茜
