中國有望成為世界首個建成有實用價值空間太陽能電站的國家

2017-12-07 15:30:06 來源:界面新聞作者:韓沁珂　點擊量：評論 (0)

在不久的將來，你所用的電或可能來自宇宙供電局。日前，中國航天科技集團公司五院科技委主任李明研究員向《科技日報》表示，經(jīng)過十余年持續(xù)研究，中國在空間太陽能電站方面已經(jīng)大幅縮小了與國際先進國家的水平，

在不久的將來，你所用的電或可能來自宇宙供電局。

日前，中國航天科技集團公司五院科技委主任李明研究員向《科技日報》表示，“經(jīng)過十余年持續(xù)研究，中國在空間太陽能電站方面已經(jīng)大幅縮小了與國際先進國家的水平，進入世界前列。如能保持并進一步加大研發(fā)力度，中國有望成為世界首個建成有實用價值空間太陽能電站的國家。”

空間太陽能電站即一種用來收集、轉(zhuǎn)化空間太陽能，并以無線電波的形式將電能傳輸?shù)降孛骐娋W(wǎng)的發(fā)電系統(tǒng)。該類電站的發(fā)電功率可達1-5GW，發(fā)電量與地面核電站相當。

空間太陽能示意圖圖片來源：JAXA

與地面電站相比，空間太陽能電站的太陽能電池板可以直接接觸太陽光而不受大氣阻隔，據(jù)日本宇宙航空研究開發(fā)機構(gòu)（JAXA）估算，位于太空中的太陽能電池板所接受的太陽光強度為地面上的1.4倍。同時，空間太陽能電站可以擺脫晝夜和天氣影響，實現(xiàn)24小時不間斷供電。最關(guān)鍵的是，該電站不受電網(wǎng)限制，可以通過無線電波直接向有用電需求的地區(qū)供電。

早在1968年，美國工程師彼特˙格拉斯就提出了空間太陽能電站概念。在格拉斯的設(shè)想中，人們用火箭將總面積約50平方公里的太陽能電池板陣列送入地球同步軌道，并在太空中完成組裝工作。電站建成后，電池板將通過不斷調(diào)整角度以確保電池板時刻面對太陽。

美國國家航空航天局（NASA）在上世紀90年代的技術(shù)基礎(chǔ)上構(gòu)想的空間太陽能發(fā)電站圖片來源：JAXA

在過去的50年間，包括美國、日本、俄羅斯、歐盟和中國等多個國家的研究人員一直在論證空間太陽能發(fā)電技術(shù)的可行性，并試圖解決一系列建造空間太陽能電站必須面對的難題，例如，如何進行無線電波傳輸和接收，如何確保無線電波傳輸?shù)臏蚀_性，如何使空間電站發(fā)出無線電波與地面的網(wǎng)格狀天線保持同步。

NASA在2011年提出的空間太陽能發(fā)電站構(gòu)想示意圖圖片來源：JAXA

2008年，美國和日本兩國的科研人員取得了突破，他們在夏威夷兩座相距90英里的海島上，成功實現(xiàn)了微波級能量的無線遠距傳輸，這個距離相當于從太空軌道傳送能量到地面所要穿透的大氣層厚度。

去年年底，日本宇宙航空研究開發(fā)機構(gòu)（JAXA）也成功完成了能量傳輸模擬實驗，研究人員從高約200米的塔頂向地面上一個直徑僅為1厘米的圓形目標發(fā)射高能量激光束，并成功擊中目標。該實驗的成功證實了無線電波的管理和控制是可行的。

另外，JAXA計劃在明年實現(xiàn)無線電波電能輸送的太空測試，即用一個小衛(wèi)星在地球低軌道向地面的微波接收器發(fā)送幾個千瓦的能量。JAXA方面表示，希望在2021年實現(xiàn)100kW的傳輸，到2028年實現(xiàn)200MW傳輸。

JAXA用于能量傳輸模擬實驗的高塔圖片來源：JAXA

隨著無線電波傳輸與接收技術(shù)取得突破，包括輕質(zhì)建材、全自動計算機系統(tǒng)在內(nèi)的衛(wèi)星技術(shù)的提升，以及太陽能電池板光電轉(zhuǎn)換效率的提高，空間太陽能電站成為現(xiàn)實。

目前，日本政府已經(jīng)發(fā)起了太陽能電站項目，由JAXA主導(dǎo)。按照JAXA在2014年公布的規(guī)劃，日本計劃耗資2萬億日元（約合210億美元），在地球靜止軌道上建造年裝機規(guī)模約1GW的商業(yè)空間太陽能電站，該項目預(yù)計將在2030年完成。

2011年，專家對于空間太陽能電站預(yù)估造價還在3000億-10000億美元左右。

同時，曾在JAXA任職的教授佐佐木（SuzumuSazaki）還表示，日本計劃在東京灣海港建造一個3公里長的人造島嶼。這座島嶼將布設(shè)50億個天線，用于傳輸和接收來自空間太陽能電站的微波能量并將其轉(zhuǎn)換成電能。

JAXA提出的空間太陽能電站構(gòu)想示意圖圖片來源：JAXA

就中國而言，自2008年起將空間太陽能電站研發(fā)工作納入國家先期研究規(guī)劃。近年來，提出了平臺非聚光型、二次對稱聚光型、多旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)以及球型能量收集陣列等空間太陽能電站方案，同時在無線能量傳輸?shù)汝P(guān)鍵技術(shù)方面取得了重要的進步。

除了技術(shù)，空間太陽能電站的建設(shè)、運營還需要巨額的投資、廣闊的市場以及環(huán)境、政策等因素配合，綜合多方因素，各國紛紛把目光投向中國，認為中國應(yīng)該在該領(lǐng)域發(fā)揮重要的牽引作用。中國航天科技集團公司五院研究員王立曾對《科技日報》表示，“在航天領(lǐng)域，中國載人航天、深空探測、重型運載火箭、空間站等技術(shù)與國際先進水平相比，還存在較大的差距。”

但同時，王立也表示“要建設(shè)航天強國，除了在上述方面要縮小差距，還應(yīng)尋找其他戰(zhàn)略制高點。選項有限，但現(xiàn)在正有這樣一個機遇擺在面前。”他認為，應(yīng)該通過國家立項的方式，將中國正在進行空間超高壓發(fā)電輸電、高效無線能量傳輸、超大型空間結(jié)構(gòu)在軌裝配等關(guān)鍵技術(shù)研究的機構(gòu)和高校集合起來，從而推動研發(fā)進度。