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我国有望率先建成空间太阳能电站

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开电动汽车回家,近年成为春运模式中许多人的“新挑战”。拥堵的高速公路上,不乏趴窝的电动车身影。

这样的悲剧有望杜绝。全国空间探测技术首席科学传播专家庞之浩13日向科技日报记者表示,如果我国建成空间太阳能电站,电动车或能随时随地充电,不再有“断粮”之忧。

当然,空间太阳能电站的应用远不止如此。它的作用有多大,离我们的生活还有多远?庞之浩进行了介绍。

用之不竭的清洁能源

人类对太阳能的利用早已普及,但太阳能在地面的利用率并不高,其会因大气的吸收和散射,以及云雨、季节、昼夜更替的影响而衰减。同时能量密度变化巨大,很不稳定。

太空中太阳能却非常充裕。庞之浩说,如果在大约3.6万公里高度的地球同步轨道上建设太阳能电站,太阳光线不会被大气减弱,也不受季节、昼夜变化影响,99%的时间内可稳定接收太阳辐射,其强度是地面的6倍以上。通过空间向地面进行能量的定点传输,可为人类提供用之不竭的清洁能源。

空间太阳能电站发展的核心应用目标,是为地面提供大规模商业化的电力供给。庞之浩说,由于覆盖面积广,其可以向偏远地区、海岛和灾区供电,还可以灵活用于地面移动目标供电。

同时,空间太阳能电站能为“可视”范围内的航天器供电,使航天器摆脱巨大的太阳能电池翼,并大大增加功率水平和控制精度。它也能作为深空探测能源系统的候选方案,未来还可以利用它进行空间燃料生产以及空间加工制造,实现空间工业发展。

此外,空间太阳能电站还能收拾传统能源造成的“烂摊子”。庞之浩说,石化能源的利用引起了全球气候变暖,随之频频产生台风、龙卷风等恶劣气象。将空间太阳能电站的巨大能量传输到台风所在区域,可以改变台风的温度分布,破坏其形成过程。

面临多项技术挑战

庞之浩介绍,空间太阳能电站的主要工作原理是:太阳能发电装置将太阳能转化成为电能;能量转换装置将电能转换成微波或激光等形式,并利用发射装置向地面发送波束;地面接收系统接收空间传输的波束,通过转换装置将其转换成为电能接入电网。

“目前其技术原理已没有太大问题。”庞之浩说,近年来太阳能发电效率、微波转化效率以及相关航天技术取得了很大进步,为下一步发展奠定了基础。但空间太阳能电站作为一个宏大的空间系统,在许多技术方面都有待突破。

例如,目前人类最大的航天器——国际空间站重400多吨,而一个工业级空间太阳能发电站重达上千吨。如何建设?有国内专家建议,先将空间太阳能电站的建造材料发射到太空,建立“太空工厂”,通过3D打印技术将所需组件打印出来,再通过太空机器人进行组装。这是目前的研究方向之一。

长期运行的安全性也是重要问题。庞之浩说,长期微波辐射下对生态、大气、生物体等的影响问题,有待深入研究。

此外,空间太阳能电站的建设对新材料、高效能量转化器件、超大型航天器结构及控制技术、在轨组装维护技术等都提出了很大挑战。

我国有望率先建成

由于在重量、尺度方面远超现有航天设施,空间太阳能电站被称为新时期航天和能源领域的“曼哈顿工程”。自1968年相关概念被提出,美国政府和企业已投入近亿美元,实施了多项研发计划;日本将其正式列入国家航天长期规划;俄罗斯、印度、韩国、欧空局等也在开展相关研究。

2008年,我国将空间太阳能电站研发工作纳入国家先期研究规划,近年来提出了平台非聚光型、二次对称聚光型、多旋转关节以及球型能量收集阵列等方案,同时在无线能量传输等关键技术方面取得了重要进展。当前,我国在空间太阳能电站研究方面初步实现从“跟跑”到“并跑”,成为国际上推动空间太阳能电站发展的重要力量。

中国航天科技集团公司五院科技委主任李明曾向记者表示,如能保持并进一步加大研发力度,我国有望成为世界首个建成有实用价值空间太阳能电站的国家。

记者了解到,我国首个空间太阳能电站实验基地近日在重庆启动建设,计划在2021年至2025年建设中小规模平流层太阳能电站并发电;2025年后开始大规模空间太阳能电站系统相关工作。西安将建设空间太阳能电站系统项目地面验证平台,将用于对空间太阳能电站功能与效率的系统验证。

根据有关专家组论证建议,我国应力争在未来十余年完成空间超高压发电输电及无线能量传输试验验证,实现“2030年开始建设兆瓦级空间太阳能试验电站,2050年前具备建设吉瓦级商业空间太阳能电站的能力”的中、远期目标。

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