“巨型充電寶”隨“雪龍”號出征

海拔高度2621米，年平均溫度零下36.6度的南極泰山站，因為環境惡劣，一直缺乏電力供應。不過，這一曆史很快將被終結。10月15日，東南大學為泰山站量身打造的無人值守移動電源“東大極能”運往上海，參與中國第36次南極科考。

這套“巨型充電寶”能耐受南極冬季零下八九十度的嚴寒，持續24小時不間斷地為極地科考設備供電1年，為泰山站科考設備供電，並通過衛星遠程監控泰山站的運行情況。這也是我國首個投入運行的國產極地無人值守能源係統。

東南大學研發的中國南極泰山站無人值守移動電源“東大極能”。 圖片來源：科技日報微信公眾號

能24小時不間斷供電1年

東南大學研發的這套“巨型充電寶”，看起來像兩個集裝箱，一個是控製艙，一個是發電艙。其中，發電艙內有6套發電機組，這些發電能源，有的來自太陽能，有的來自燃油，5噸航空燃油可以在太陽能儲備不足時以備不時之需。

東南大學自動化學院執行院長魏海坤介紹，“泰山站的科考設備的耗電總功率約2.5千瓦，這套移動電源的最高輸出功率可達3千瓦。目前能持續工作1年，連續24小時不間斷發電。”

在熱能稀缺的南極，每一絲溫度，都要被利用到極限。魏海坤介紹，燃油在零下40多度時會結冰，他們通過巧妙的設計，用發電機組發的熱為燃油“保暖”。

同時，魏海坤團隊通過銥星通信，對能源模塊進行遠程實時監控。每隔一段時間，他們將回傳一次現場的各類監控數據，如艙內外的環境溫度、設備溫度的數據，並監測發電機組的輸出功率是否正常，4個攝像頭還將不定期傳送設備作業影像。

泰山站長期處於低溫、低氣壓的環境，由於無人值守，一旦設備發生故障，泰山站的供電將岌岌可危。為此，魏海坤團隊為設備中的核心模塊都配備了“備份”，其中發電機組有5套備份，通信係統有一套備份，“如果當前的發電機組壞了，係統還能自動切換到備用機組。”

艙內溫度可控製在30攝氏度

南極泰山站，是中國位於南極大陸腹地的科考站。由於氣候極寒，科研人員每年隻能在夏季約一個月的時間，攜常規發電機去泰山站工作，低效且難以持續。

“如何穩定、可靠地發電，一直是南極科考的技術難點。”東南大學自動化學院執行院長魏海坤自2010年參與南極科考，他說，我國在南極昆侖站的發電設備現由國外提供，但發生過多起事故。

有一次，發電機組排煙管漏油，導致發電艙內濃煙滾滾，艙內溫度迅速升高，係統崩潰。還有一次，柴油發電機組的油耗盡，發電機空轉，最終機組被燒。“更重要的是，這套發電設備由外國控製，如果對方切斷係統，我們的科考將受製於人。”

泰山站的冬季平均溫度在零下60度左右。發電控製係統最好的核心器件，也隻能耐受零下40多度的低溫，因此，為供電裝置保暖，讓它們持續穩定供電，讓科研人員操碎了心。“我們給包括蓄電池在內的怕冷的發電機組設備，安裝了加熱器。”魏海坤說，艙體的聚氨酯發泡材料，在不同位置的厚度也不同，貼近冰雪的艙底厚一些，而艙頂薄一些。

發電設備工作時，如果沒有合適的控製方案，發電艙內的溫度會迅速提高，局部達到70度以上，這意味著與室外最高形成約150度的溫差，而設備必須在一個“舒服”的溫度範圍才能穩定運行。

魏海坤介紹，他們采用兩種技術調節發電艙和控製艙的溫度。首先，他們用數據建模設計艙體布局，設置換氣口、排煙口、進風口、排風扇，讓設備正常“呼吸”；同時，他們在艙內安裝了10個傳感器，實時監測不同區域的溫度，以遠程調控。

考慮散熱時，科研人員采取了兩種方案，確保無人值守時如有設備“罷工”，其他設備能代替發揮作用，例如艙內溫度高時，係統會遠程開通排風扇，或者打開換熱氣口，把熱氣散發出去。“現在艙內溫度能控製在30攝氏度。”

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