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(wei) 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(chuan) 播專(zhuan) 家龐之浩向記者表示,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(men) 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,但太陽能在地麵的利用率並不高,其會(hui) 因大氣的吸收和散射,以及雲(yun) 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(wan) 公裏高度的地球同步軌道上建設太陽能電站,太陽光線不會(hui) 被大氣減弱,也不受季節、晝夜變化影響,99%的時間內(nei) 可穩定接收太陽輻射,其強度是地麵的6倍以上。通過空間向地麵進行能量的定點傳(chuan) 輸,可為(wei) 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(wei) 地麵提供大規模商業(ye) 化的電力供給。龐之浩說,由於(yu) 覆蓋麵積廣,其可以向偏遠地區、海島和災區供電,還可以靈活用於(yu) 地麵移動目標供電。
同時,空間太陽能電站能為(wei) “可視”範圍內(nei) 的航天器供電,使航天器擺脫巨大的太陽能電池翼,並大大增加功率水平和控製精度。它也能作為(wei) 深空探測能源係統的候選方案,未來還可以利用它進行空間燃料生產(chan) 以及空間加工製造,實現空間工業(ye) 發展。
此外,空間太陽能電站還能收拾傳(chuan) 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(chan) 生台風、龍卷風等惡劣氣象。將空間太陽能電站的巨大能量傳(chuan) 輸到台風所在區域,可以改變台風的溫度分布,破壞其形成過程。
麵臨(lin) 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(wei) 電能;能量轉換裝置將電能轉換成微波或激光等形式,並利用發射裝置向地麵發送波束;地麵接收係統接收空間傳(chuan) 輸的波束,通過轉換裝置將其轉換成為(wei) 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(guan) 航天技術取得了很大進步,為(wei) 下一步發展奠定了基礎。但空間太陽能電站作為(wei) 一個(ge) 宏大的空間係統,在許多技術方麵都有待突破。
例如,目前人類最大的航天器——國際空間站重400多噸,而一個(ge) 工業(ye) 級空間太陽能發電站重達上千噸。如何建設?有國內(nei) 專(zhuan) 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打印技術將所需組件打印出來,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(ti) 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製技術、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(yu) 在重量、尺度方麵遠超現有航天設施,空間太陽能電站被稱為(wei) 新時期航天和能源領域的“曼哈頓工程”。自1968年相關(guan) 概念被提出,美國政府和企業(ye) 已投入近億(yi) 美元,實施了多項研發計劃;日本將其正式列入國家航天長期規劃;俄羅斯、印度、韓國、歐空局等也在開展相關(guan) 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,近年來提出了平台非聚光型、二次對稱聚光型、多旋轉關(guan) 節以及球型能量收集陣列等方案,同時在無線能量傳(chuan) 輸等關(guan) 鍵技術方麵取得了重要進展。當前,我國在空間太陽能電站研究方麵初步實現從(cong) “跟跑”到“並跑”,成為(wei) 國際上推動空間太陽能電站發展的重要力量。
中國航天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(wei) 世界首個(ge) 建成有實用價(jia) 值空間太陽能電站的國家。
記者了解到,我國首個(ge) 空間太陽能電站實驗基地近日在重慶啟動建設,計劃在2021年至2025年建設中小規模平流層太陽能電站並發電;2025年後開始大規模空間太陽能電站係統相關(guan) 工作。西安將建設空間太陽能電站係統項目地麵驗證平台,將用於(yu) 對空間太陽能電站功能與(yu) 效率的係統驗證。
根據有關(guan) 專(zhuan) 家組論證建議,我國應力爭(zheng) 在未來十餘(yu) 年完成空間超高壓發電輸電及無線能量傳(chuan) 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(ye) 空間太陽能電站的能力”的中、遠期目標。
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