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中國有望率先在太空中建立太陽能發電站
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胡卜凱
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胡卜凱

電動車或將永無斷糧之憂 -- 我國有望率先建成空間太陽能電站

開電動汽車回家,近年成為春運模式中許多人的新挑戰。擁堵的高速公路上,不乏趴窩的電動車身影。

這樣的悲劇有望杜絕。全國空間探測技術首席科學傳播專家龐之浩13日向科技日報記者表示,如果我國建成空間太陽能電站,電動車或能隨時隨地充電,不再有斷糧之憂。

當然,空間太陽能電站的應用遠不止如此。它的作用有多大,離我們的生活還有多遠?龐之浩進行了介紹。

用之不竭的清潔能源

人類對太陽能的利用早已普及,但太陽能在地面的利用率並不高,其會因大氣的吸收和散射,以及雲雨、季節、晝夜更替的影響而衰減。同時能量密度變化巨大,很不穩定。

太空中太陽能卻非常充裕。龐之浩說,如果在大約3.6萬公里高度的地球同步軌道上建設太陽能電站,太陽光線不會被大氣減弱,也不受季節、晝夜變化影響,99%的時間內可穩定接收太陽輻射,其強度是地面的6倍以上。通過空間向地面進行能量的定點傳輸,可為人類提供用之不竭的清潔能源。

空間太陽能電站發展的核心應用目標,是為地面提供大規模商業化的電力供給。龐之浩說,由於覆蓋面積廣,其可以向偏遠地區、海島和災區供電,還可以靈活用於地面移動目標供電。

同時,空間太陽能電站能為可視範圍內的航天器供電,使航天器擺脫巨大的太陽能電池翼,並大大增加功率水準和控制精度。它也能作為深空探測能源系統的候選方案,未來還可以利用它進行空間燃料生產以及空間加工製造,實現空間工業發展。

此外,空間太陽能電站還能收拾傳統能源造成的爛攤子。龐之浩說,石化能源的利用引起了全球氣候變暖,隨之頻頻產生颱風、龍捲風等惡劣氣象。將空間太陽能電站的巨大能量傳輸到颱風所在區域,可以改變颱風的溫度分佈,破壞其形成過程。

面臨多項技術挑戰

龐之浩介紹,空間太陽能電站的主要工作原理是:太陽能發電裝置將太陽能轉化成為電能;能量轉換裝置將電能轉換成微波或鐳射等形式,並利用發射裝置向地面發送波束;地面接收系統接收空間傳輸的波束,通過轉換裝置將其轉換成為電能接入電網。

目前其技術原理已沒有太大問題。龐之浩說,近年來太陽能發電效率、微波轉化效率以及相關航太技術取得了很大進步,為下一步發展奠定了基礎。但空間太陽能電站作為一個宏大的空間系統,在許多技術方面都有待突破。

例如,目前人類最大的航天器——國際空間站重400多噸,而一個工業級空間太陽能發電站重達上千噸。如何建設?有國內專家建議,先將空間太陽能電站的建造材料發射到太空,建立太空工廠,通過3D列印技術將所需元件列印出來,再通過太空機器人進行組裝。這是目前的研究方向之一。

長期運行的安全性也是重要問題。龐之浩說,長期微波輻射下對生態、大氣、生物體等的影響問題,有待深入研究。

此外,空間太陽能電站的建設對新材料、高效能量轉化器件、超大型航天器結構及控制技術、在軌組裝維護技術等都提出了很大挑戰。

我國有望率先建成

由於在重量、尺度方面遠超現有航太設施,空間太陽能電站被稱為新時期航太和能源領域的曼哈頓工程。自1968年相關概念被提出,美國政府和企業已投入近億美元,實施了多項研發計畫;日本將其正式列入國家航太長期規劃;俄羅斯、印度、韓國、歐空局等也在開展相關研究。

2008年,我國將空間太陽能電站研發工作納入國家先期研究規劃,近年來提出了平臺非聚光型、二次對稱聚光型、多旋轉關節以及球型能量收集陣列等方案,同時在無線能量傳輸等關鍵技術方面取得了重要進展。當前,我國在空間太陽能電站研究方面初步實現從跟跑並跑,成為國際上推動空間太陽能電站發展的重要力量。

中國航太科技集團公司五院科技委主任李明曾向記者表示,如能保持並進一步加大研發力度,我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。

記者瞭解到,我國首個空間太陽能電站實驗基地近日在重慶啟動建設,計畫在2021年至2025年建設中小規模平流層太陽能電站併發電;2025年後開始大規模空間太陽能電站系統相關工作。西安將建設空間太陽能電站系統專案地面驗證平臺,將用於對空間太陽能電站功能與效率的系統驗證。

根據有關專家組論證建議,我國應力爭在未來十餘年完成空間超高壓發電輸電及無線能量傳輸試驗驗證,實現“2030年開始建設兆瓦級空間太陽能試驗電站,2050年前具備建設吉瓦級商業空間太陽能電站的能力的中、遠期目標。

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http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2019/2/422910.shtm

以下是Nature News 發佈的新聞。由於無法轉貼,我只照抄了第一段。

China Sets Sights on First Solar Power Stations in Space

02/20/19, David Cyranoski

China wants to be the first country to launch power stations into space that capture the Sun’s energy and beam it back down to earth, Chinese state media reported last week.

https://www.nature.com/articles/d41586-019-00629-5



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