团队成立背景

在实现双碳目标、推动能源革命的背景下，山西省能源互联网研究院积极响应国家号召，致力于推动能源技术创新和发展。随着全球气候变暖及极地资源的逐步开发，极地工作的重要性和紧迫性日益凸显。为了在南极建成世界首个绿色便捷、安全高效的风—光—氢—储—荷综合供能系统，具有完备的风—光—氢—储—荷能源协同互补供能系统和源网荷储能量管理系统平台，为国际南极考察活动大规模开展新能源应用提供示范样板。加强对极地工作的组织与管理，提升山西省能源互联网研究院在极地科研、资源开发和国际合作等方面的能力，因此组建“极地清洁能源装备与系统研究中心团队”，在极地极端环境下，开展极地清洁能源发电装备、极地氢能源装备、极地清洁能源综合能量管理系统及极地能源环境监测传感系统等方面的研究。

团队对能源互联网创新发展的推动作用

极地清洁能源装备与系统研究中心团队未来计划设立相关方向的研究所，来共同完成应用于极地极端环境下，清洁能源装备及系统的研制，在南极建成世界首个绿色便捷、安全高效的风—光—氢—储—荷综合供能系统，具有完备的风—光—氢—储—荷能源协同互补供能系统和源网荷储能量管理系统平台，将能源互联网的理念应用拓展到南极，在南极实现清洁能源供电。

加速科技成果转化，形成自主知识产权体系。通过研发极地极端环境下风—光—氢—储—荷综合供能系统等关键设备，可以有效加速能源领域的科技成果转化。这对于提升山西省乃至全国的能源技术自主创新能力具有里程碑意义，有助于形成具有自主知识产权的核心技术体系。

推进能源互联网技术应用，促进经济可持续发展。南极科考站清洁能源装备系统的建设将推动能源互联网和智慧能源系统实际应用于南极极端环境下，通过高效的能源分配与管理，实现能源消耗的最优化，降低能源系统的碳排放，直接服务于碳达峰和碳中和的战略目标。团队还将聚焦新能源和可再生能源的开发利用，这对于减少极地科考对化石能源的依赖、改善环境质量、促进经济可持续发展具有重要作用。

推动极地科考能源改革，为国际极地科考推广提供示范素材。极地科考清洁能源装备及供电系统的建设，为国际极地科考中，清洁能源革命提供可复制、可推广的模式和经验。它不仅是技术创新的实验场，也是管理创新的试验区，有助于探索与实践极地科考清洁能源管理和运行的新模式。

团队负责人

王彬（清华大学副研究员，山西省能源互联网研究院总工程师，教育部青年长江学者，中国能源研究会青年工作委员会执行主任、峨眉计划特聘专家。先后荣获国家科技进步一等奖1项，省部级科技进步一等奖励10项。）

研究成果介绍：

（一）“风-光-氢-储-荷”清洁能源微系统

团队自主研发的“风-光-氢-储-荷”清洁能源微系统已在南极中山站附近安装调试成功，并发出第1度“绿电”，点亮南极冰盖。

该系统是我院在南极冰盖安装测试的首个清洁能源供能系统，拟实现南极冰盖野外空间观测平台及其他野外观测装置不间断零碳供电。作为先期验证，系统将首次在南极冰盖对氢能源发电进行测试，并测试新型风机等清洁能源装备在极低温、极强风、强紫外线等严酷自然条件以及极昼/夜等特殊环境下的可靠性和适用性，为深入开展规模化南极清洁能源利用提供现场实证支撑，为南极清洁能源体系的建立贡献山西力量。

（二）《南极清洁能源利用技术发展纲要》

我院首席科学家孙宏斌教授牵头编制的《南极清洁能源利用技术发展纲要》通过中国极地研究中心组织的论证。现已上报自然资源部，将作为我国极地清洁能源发展的纲领性文件发布。

《纲要》从南极清洁能源利用的背景概述、发展目标、发展路径、关键技术、环境影响、队伍建设、技术推广等七个方面谋篇布局，提出发展并实现以“安全可靠、绿色便捷、多能互补、韧性高效、智慧融合”为重要特征的南极清洁能源系统，深入剖析了南极清洁能源系统装备、管控、运维等个性技术发展方向，研判了共性及未来技术发展趋势，提出了南极清洁能源利用关键技术路线，并在考虑环境影响的基础上制订了队伍规划和南极清洁能源利用技术推广思路。

 本纲要旨在为南极清洁能源装备、系统、运维等关键技术研发提供方向指导，建立健全南极能源清洁利用技术支撑体系。立足中国、面向世界，最终打造世界南极清洁能源领域技术标杆。

（三）极地环境动态模拟实验室

极地动态模拟实验室提供了广泛的实验可能性，涵盖了极端环境下的多个方面。

1. 低温试验：

- 模拟极地寒冷条件下的材料性能测试，如塑料，金属等的强度和耐久性。

- 测试低温下电子设备和电池的性能，以评估其在极地环境中的可靠性。

2. 低压试验：

- 模拟极地高海拔环境下的大气压力，测试各种设备和材料的耐受能力。

- 研究航空航天器件在极地环境下的工作表现，包括机械零件、电子设备等。

3. 振动测试：

- 评估材料和结构在极端振动条件下的稳定性和耐久性，例如在南极冰川上的建筑物或交通工具。

- 测试机械设备在风暴或地震等极端事件中的承受能力。

4. 全光谱测试：

- 研究极地光照条件对太阳能电池和光学设备的影响，以改善在极地地区的能源利用和科学观测。

- 分析极地地区的天文现象，如极光，以了解其形成机制和特性。

5. 强地磁测试：

- 研究地磁活动对导航系统、通信设备和生物生理过程的影响，以改善在极地环境中的定位和导航能力。

- 测试磁敏感材料在极地环境下的性能，如磁存储介质、传感器等。

6. 风洞模拟：

- 模拟极地风暴和风速极端条件下的建筑物、交通工具和设备的响应，以提高其设计和工程质量。

- 研究风对植物生长和生物群落的影响，了解极地生态系统的生态学过程。

极地动态模拟实验室的建设具有重要的意义：

1. 科学研究：为科学家提供了模拟极地环境的实验平台，有助于理解极地地区的气候、地质和生物特征，推动相关领域的研究和探索。

2. 工程设计：为工程师和设计师提供了测试和验证设备、建筑物和交通工具在极地条件下的性能的工具，促进了极地工程和建筑领域的发展。

3. 资源开发：有助于评估在极地环境中开发和利用自然资源的可行性和可持续性，例如冰川水资源、矿产资源等。

4. 气候变化研究：提供了研究极地气候变化及其对全球气候系统影响的重要数据，为应对气候变化提供科学依据和决策支持。

研究方向：

（一）装备技术

清洁能源系统的开发要遵循安全可靠、因地制宜、不拘一格、技术创新的原则。在装备技术方面，包括对风电装备、光伏装备、氢能装备、电化学储能装备、电力电子装备以及全天候多用途移动供能宝等清洁能源技术的研发和应用，风力发电和光伏发电更需要结合南极环境进行技术创新。风光发电产生的“绿电如何实现长周期储能，储能方式也需要探索和研究，如应采用氢储能、液氨储能还是采用高功率密度其他储能，也需要深入研究。

（二）管控技术

清洁能源管控技术主要包括功率预测、稳定控制、能量管理和韧性提升。功率预测为稳定控制提供功率变化趋势；稳定控制为能量管理提供系统稳定运行的保障；能量管理为韧性提升提供故障前设备运行点及运行阈值。

（三）运维技术

完备的清洁能源系统运维技术是南极极端环境下清洁能源综合系统独立、可靠、安全长期运行的坚强保障，其主要包括清洁能源设备在南极现场运行前的动模测试、南极现场设备运行状态监测、设备故障无人化检修等关键技术。其中，清洁能源系统设备与装备的国内动态模拟与测试尤为重要，是确保系统在南极现场安全可靠运行的前提。