海拔高度2621米，年平均温度零下36.6度的南极泰山站，因为环境恶劣，一直缺乏电力供应。不过，这一历史很快将被终结。10月15日，东南大学为泰山站量身打造的无人值守移动电源“东大极能”运往上海，参与中国第36次南极科考。
这套“巨型充电宝”能耐受南极冬季零下八九十度的严寒，持续24小时不间断地为极地科考设备供电1年，为泰山站科考设备供电，并通过卫星远程监控泰山站的运行情况。这也是我国首个投入运行的国产极地无人值守能源系统。
东南大学研发的中国南极泰山站无人值守移动电源“东大极能”。 图片来源：科技日报微信公众号
东南大学自动化学院执行院长魏海坤介绍，“泰山站的科考设备的耗电总功率约2.5千瓦，这套移动电源的最高输出功率可达3千瓦。目前能持续工作1年，连续24小时不间断发电。”
在热能稀缺的南极，每一丝温度，都要被利用到极限。魏海坤介绍，燃油在零下40多度时会结冰，他们通过巧妙的设计，用发电机组发的热为燃油“保暖”。
同时，魏海坤团队通过铱星通信，对能源模块进行远程实时监控。每隔一段时间，他们将回传一次现场的各类监控数据，如舱内外的环境温度、设备温度的数据，并监测发电机组的输出功率是否正常，4个摄像头还将不定期传送设备作业影像。
泰山站长期处于低温、低气压的环境，由于无人值守，一旦设备发生故障，泰山站的供电将岌岌可危。为此，魏海坤团队为设备中的核心模块都配备了“备份”，其中发电机组有5套备份，通信系统有一套备份，“如果当前的发电机组坏了，系统还能自动切换到备用机组。”
舱内温度可控制在30摄氏度
“如何稳定、可靠地发电，一直是南极科考的技术难点。”东南大学自动化学院执行院长魏海坤自2010年参与南极科考，他说，我国在南极昆仑站的发电设备现由国外提供，但发生过多起事故。
有一次，发电机组排烟管漏油，导致发电舱内浓烟滚滚，舱内温度迅速升高，系统崩溃。还有一次，柴油发电机组的油耗尽，发电机空转，最终机组被烧。“更重要的是，这套发电设备由外国控制，如果对方切断系统，我们的科考将受制于人。”
泰山站的冬季平均温度在零下60度左右。发电控制系统最好的核心器件，也只能耐受零下40多度的低温，因此，为供电装置保暖，让它们持续稳定供电，让科研人员操碎了心。“我们给包括蓄电池在内的怕冷的发电机组设备，安装了加热器。”魏海坤说，舱体的聚氨酯发泡材料，在不同位置的厚度也不同，贴近冰雪的舱底厚一些，而舱顶薄一些。
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提高，局部达到70度以上，这意味着与室外最高形成约150度的温差，而设备必须在一个“舒服”的温度范围才能稳定运行。
魏海坤介绍，他们采用两种技术调节发电舱和控制舱的温度。首先，他们用数据建模设计舱体布局，设置换气口、排烟口、进风口、排风扇，让设备正常“呼吸”；同时，他们在舱内安装了10个传感器，实时监测不同区域的温度，以远程调控。
考虑散热时，科研人员采取了两种方案，确保无人值守时如有设备“罢工”，其他设备能代替发挥作用，例如舱内温度高时，系统会远程开通排风扇，或者打开换热气口，把热气散发出去。“现在舱内温度能控制在30摄氏度。” |
