极地“绿电”领航者——记中国极地研究中心极地清洁能源项目首席科学家孙宏斌

　　2025年3月1日，世界首个规模化极地清洁能源系统在中国南极秦岭站正式启用。万里之外的太原理工大学实验室里，中国科学院院士、中国极地研究中心极地清洁能源项目首席科学家、太原理工大学校长孙宏斌紧盯着实时传回的运行数据，难掩激动。他知道，从那一刻起，我国极地考察告别了40年的柴油依赖，率先迈入绿色能源新纪元，实现了从“跟跑”到“领跑”的跨越。

　　里程碑的背后，是一位科学家带领团队5年的攻坚克难、30余年的厚积薄发。

　　从清华园到太行山，从智能电网到极地“绿电”，孙宏斌始终胸怀祖国、潜心钻研，带领团队在南极书写“绿色奇迹”。

　　如今，该系统历经极昼极夜完整考验，已平稳运行一年有余。刚刚荣获“中国极地考察先进个人”表彰，才从南极归来不久的孙宏斌却说：“这只是万里长征的第一步。”

　　使命：把祖国的需要刻在南极冰原上

　　孙宏斌与南极，结缘于2021年的一次座谈。

　　当时，在清华大学电机工程与应用电子技术系深耕智能电网与新能源领域30余年的孙宏斌，刚受组织委派赴太原理工大学履新不久。在与中国极地研究中心来访人员交流期间，他随口问了一句：“南极考察现在用什么能源？”当听到“37年了，一直依赖柴油”的回答时，他愣住了。

　　长期以来，全球南极考察95%以上的能源供给依赖燃油，高污染、高碳排放、高运输成本，成为制约极地考察可持续发展的世界性瓶颈。其实我国也并非没有尝试过在南极发展清洁能源，科研工作者曾把国内的风机、光伏等设备架设在南极，但都撑不过半年。

　　“不能简单地‘拿来主义’，必须进行系统性的技术攻关。”孙宏斌毅然决定，把自己研究的领域拓展到极地环境，“这既是国家战略需求，也是自己作为电力能源科学家责无旁贷的使命。”

　　孙宏斌分析，南极有风但不稳定，光伏受极夜影响时长有限。为保障全年用电需求，他提出把风机、光伏板、制氢设备、储能设备、用电负荷串成一张巨大的“智能网”，建成极地“风—光—氢—储—荷”多能互补清洁能源体系——风力充沛和光照充足时分别用风机和光伏板发电；极昼时富余的电用于淡化海水制氢，再压缩到储氢罐或氢燃料电池里。

　　“氢不受低温限制，能长周期储能，可用于极夜，短时间能源的波动可用氢燃料电池补充发电。”孙宏斌解释道，“这是切切实实的‘绿电’。”

　　但系统要真正在南极规模化应用，必须迈过两道坎。一是让设备在极端环境下长期“活下来”，二是系统能量保持平衡运行。锚定这两大难题，2021年，孙宏斌带领太原理工大学团队开始攻关。次年，他正式受聘担任中国极地研究中心极地清洁能源项目首席科学家，攻坚的步伐愈发紧急而坚实。

　　攻坚：在白色大陆点亮“绿色奇迹”

　　“设备一旦运抵南极，一颗螺丝钉都难以更换。”这句孙宏斌反复叮嘱团队的话，道出了极地能源研发“研究难、测试难、运维难”的状况。

　　传统风机润滑油在南极会冻结，强紫外线会加速光伏组件老化、隐裂，设备一旦出现问题就很难修复。经过和团队反复研究，孙宏斌决定把南极“搬进”实验室。

　　2021年，世界首个模拟南极极端环境的清洁能源实验室在太原理工大学开建。这里能“复刻”出极强风、极低温、强地磁、飘雪等10种极地极端环境以及分别长达半年的极昼、极夜，所有设备在这里历经严苛考验，才能前往南极“前线”。团队还为系统构建了数字孪生，能够实时接收并分析南极回传的各种数据。

　　有了“训练场”，孙宏斌带领团队在无数次计算、试验模拟中反复摸索，先后攻克了低温燃料电池冷启动、燃料电池抗低温冰冻等关键技术，并创新设计出耐低温抗强风的水滴形风机。

　　常规风机多为水平轴，风叶上下转，“在南极强风面前一吹就劈”，团队将其改为垂直轴设计。此外，因为“球形在单位面积上受的应力最小，但为抗风需把重心往下沉，由此形成水滴形，这也是之前全世界没有过的。”孙宏斌向记者解释道。

　　基于在实验室的研究成果，2023年12月，孙宏斌主持研发的小型清洁能源系统在南极中山站附近冰盖安装调试成功，并能平稳运行近10个月。同期，南极秦岭站“风—光—氢—储—荷”清洁能源系统建设项目启动。2024年9月，系统在山西和内蒙古联调联试成功，于2024年12月22日运抵南极秦岭站。

　　卸货、吊装、铺设、集成??窗口期只有两三个月，孙宏斌的学生与站上人员一起干，每天只休息4个小时，抢在极夜前完成了安装主体工作。

　　安装完设备后，让系统在南极平稳运转起来亦是考验。

　　南极的通信条件有限，只有晚上相对稳定。每到这个时候，孙宏斌就在实验室里盯着从万里之外传回的数据，与现场队员远程“会诊”。“不管是原先想到的还是没想到的，所有技术问题都得解决，否则就运转不起来。”孙宏斌说。

　　“一开始都有点绝望了”，孙宏斌回忆，系统太复杂，每个环节都有可能出问题，管子冻住了，得用热水一点点化冰；储氢罐在吊运时因剧烈晃动被撞漏了，氢气压力怎么也上不来，就得想办法补上??说起这些，孙宏斌笑了，语气里带着几分苦中作乐：“干了很多意想不到的查缺补漏的事。”

　　2025年3月1日，这套规模化清洁能源系统在秦岭站正式启用。风光发电容量达200千瓦，占秦岭站能源总容量的60%以上。那一刻，孙宏斌悬着的心终于放了下来。

　　“很激动！”这3个字藏着一位科学家把“不可能”变成“中国能”的万千感慨。“没有前30多年我国在智能电网、新能源领域奠定的世界引领地位，很难想象在南极能用5年时间实现这个突破。”孙宏斌说。

　　很快，秦岭站的“绿电奇迹”被央视《新闻联播》等专题报道，引发全球科学界对中国引领南极考察的广泛关注。

　　但孙宏斌的目光，早已投向更辽阔的地域。

　　引领：为极地能源绿色转型贡献“中国智慧”

　　在孙宏斌眼中，“这只是万里长征的第一步，是一个示范，也是一次试验。”他希望以秦岭站为起点，将这套“方案”铺满南极，再从南极铺向世界。

　　在中国极地研究中心组织下，孙宏斌率领太原理工大学，牵头国内能源领域的优势单位，历时两年编写完成《南极清洁能源利用技术十二年发展纲要》。2024年10月，这份纲要在中国极地考察40周年国际研讨会上向全球发布，在国际上首次系统构建了南极清洁能源利用发展路线和技术标准。

　　在这份“行军图”里，孙宏斌定下“三步走”目标——先突破技术适应性难题，再完成我国南极考察站清洁能源利用转型升级，最终“在2035年之前，建成完善的南极清洁能源技术体系”。同时，逐步提升考察站清洁能源比例直至100%。

　　眼下，团队正基于秦岭站清洁能源系统的实际运行数据，深入开展多维度研究，准备将技术应用于中国南极中山站、中国南极长城站等其他极地考察站。同时，还将极地清洁能源利用技术在我国广袤的高原寒地等“类极地地区”和极端气候条件下拓展应用。“还有很多科学技术问题需要突破。”孙宏斌坦言。

　　在应用版图持续铺展的同时，孙宏斌还有一个信念：把中国标准变成国际标准。

　　“谁先做，谁就是事实上的标准。中国人要在极地清洁能源利用上提出自己的标准，取得话语权，取得标准的制定权。”孙宏斌说。

　　“现在看来这个可能性越来越大了。”孙宏斌向记者透露，已有国家抛出援助建设极地考察站能源的橄榄枝，而他正谋划成立极地装备与系统国际学会，希望在学会框架下让中国标准尽快成为国际标准。

　　传承：用极地人的精神培育后来人

　　2025年12月，56岁的孙宏斌作为中国第42次南极考察队成员，出征南极。那次他走访了格罗夫冰盖和俄罗斯、印度、澳大利亚等多国考察站，通过调研与交流，对极地能源系统有了更清晰、更全面的认识。

　　那次南极之行，也让孙宏斌对极地人的精神有了切身体会，并坚定地要用极地人的精神培育后来人。

　　“我们的队员都是英雄，他们胸怀祖国、不怕牺牲！”孙宏斌感慨。

　　其实早在2022年，孙宏斌就在太原理工大学创新开设了“研究生极地班”。依托“双导师制+极地实践”的培养模式，中国极地研究中心的研究员与学校教授联合指导学生，并让学生走出校园、扎根一线，直面真问题。截至目前，“研究生极地班”已培养了60余人。

　　“这个班有两项主要任务：一是面向极地解决问题、培养人才；二是用极地人爱国、求实、创新、拼搏的精神启迪他们的人生。”孙宏斌说。

　　孙宏斌还在太原理工大学组建了跨学科极地清洁能源研究团队，在国家海洋局极地考察办公室和中国极地研究中心的组织下，联合山西省能源互联网研究院等单位开展科研攻关。目前，团队聚焦耐候性材料、装备与系统，已申请40余项专利，发表 SCI论文30余篇，为我国极地事业持续输送智慧和力量。

　　作为校长，孙宏斌常鼓励学生做“顶天立地”的科研——“顶天，就是要敢为人先，做从0到1的、最重要也最难的事情；立地，就是‘真解决问题，解决真问题’，让研究有价值、能利用。”

　　这也是孙宏斌献给极地事业的答卷——“把论文写在祖国最需要的、地球上最遥远的地方。”