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“巨型充电宝”将随“雪龙”号出征

 时间:2019-12-08 18:42:37 阅读人数:3243


南极泰山站有望实现全年不间断供电

10月15日下午4点16分左右,伴随着长长的哨声,中国第36次南极科学考察队和“龙雪2号”从深圳启航,对南极进行科学考察。“雪龙”将于10月22日从上海起航。中国南极科学研究开创了“双龙探险”的新模式。新华社记者毛司前拍摄

海拔2621米、年平均气温-36.6摄氏度的南极泰山站,由于环境恶劣,一直缺电。然而,这段历史将很快结束。10月15日,东南大学为泰山站专门设计的无人值守移动电源“东大金宁”被运往上海参加中国第36次南极考察。它将于10月22日把“龙雪”号带到南极。这个“巨大的充电宝藏”能够承受南极冬天零下80到90摄氏度的严寒。它可以一年24小时不间断地为极地科研设备供电,为泰山站科研设备供电,并通过卫星远程监控泰山站的运行。这也是中国第一个国内极地无人值守能源系统投入运行。

可以连续一年24小时供电

东南大学开发的“巨型充电宝”看起来像两个容器,一个是控制室,另一个是发电室。其中,发电舱内有6套发电机组。其中一些能源来自太阳能,一些来自燃油。太阳能储备不足时,5吨航空燃油可用于紧急情况。

东南大学自动化学院执行主任魏海坤表示:“台山站科研设备总功耗约为2.5千瓦,该移动电源的最大输出功率可达3千瓦。目前,它可以连续工作一年,连续发电24小时。”

在热量稀少的南极,每一点温度都必须达到极限。魏海坤说,燃油在零下40度以上结冰。通过巧妙的设计,他们用发电机组产生的热量来“保温”燃油。

同时,魏海坤的团队通过铱星通信远程实时监控能量模块。每隔一段时间,他们会返回现场的各种监测数据,如机舱内外的环境温度和设备的温度,并监测发电机组的输出功率是否正常。这四个摄像机还将不规则地传输设备运行图像。

泰山站长期处于低温低压环境中。由于无人值班,一旦设备出现故障,台山站的供电将处于危险之中。为此,魏海坤的团队为设备的核心模块提供了“备份”,包括发电机组的5套备份和通信系统的1套备份。"如果当前的发电机组坏了,系统可以自动切换到备用机组."

机舱内的温度可以控制在30摄氏度。

南极洲泰山站是中国的科研站,位于南极大陆的腹地。由于极端寒冷的气候,研究人员每年夏天只能带着传统发电机在泰山站工作一个月左右,这是低效和不可持续的。

"如何稳定可靠地发电一直是南极科学研究的技术难点."魏海坤自2010年以来一直参与南极科学研究。他说,中国在南极洲昆仑站的发电设备目前由外国提供,但已经发生了许多事故。

有一次,发电机组排气管漏油,导致发电机舱内浓烟滚滚,舱内温度迅速升高,系统崩溃。另一次,柴油发电机燃料耗尽,发电机空转,最终发电机被烧毁。“更重要的是,发电设备是由外国控制的。如果对方切断系统,我们的科学研究将由他人控制。”

泰山站冬季的平均温度约为零下60摄氏度。发电控制系统最好的核心部件只能承受零下40摄氏度的低温。因此,让供电设备保持温暖并持续稳定地供电会伤科研人员的心。"我们为包括电池在内的耐寒发电机组安装了加热器。"魏海坤表示,舱体的聚氨酯泡沫材料在不同位置厚度不同,靠近冰雪的舱底较厚,而舱顶较薄。

发电设备工作时,如果没有合适的控制方案,发电舱内的温度会迅速升高,局部达到70摄氏度以上,这意味着室外最大温差约为150摄氏度,设备必须处于“舒适”的温度范围内才能稳定运行。

魏海坤介绍说,他们使用两种技术来调节发电舱和控制室的温度。首先,他们使用数据建模来设计机舱布局,并设置通风口、排烟口、进气口和排风扇,以使设备能够正常“呼吸”。同时,他们在机舱内安装了10个传感器,实时监控不同区域的温度,以便进行远程控制。

在考虑散热时,研究人员采用了两种方案来确保一些设备在无人值班的情况下“罢工”,而其他设备可以起到替代作用。例如,当机舱内的温度很高时,系统会远程打开排气扇或打开热交换端口以驱散热空气。"现在机舱温度可以控制在30摄氏度."(金锋)

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