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段寶巖:加快發展空間太陽能電站研究

來源:中國科學報作者:段寶巖  2014-12-26 14:54點擊: 二維碼
【導讀】綜合考慮安全因素及使用條件,太陽能將是解決能源問題的根本出路,而發展空間太陽能電站則是高效利用太陽能的有效途徑之一。

空間太陽能電站

空間太陽能電站涉及機械、航天等數十個領域,是一個巨型系統工程,其實際規模將會超過美國已經實施的“阿波羅計劃”,能帶動大批從事基礎和工程技術研究的高素質人才培養,并有望引發一場新技術革命。

面對日漸緊迫的能源危機,以及使用化石能源導致的溫室效應、環境污染等問題,世界各國都在積極尋找方便、清潔的新能源。綜合考慮安全因素及使用條件,太陽能將是解決能源問題的根本出路,而發展空間太陽能電站則是高效利用太陽能的有效途徑之一。

建設空間太陽能電站的重要戰略意義

空間太陽能電站是指將地球靜止同步軌道上的太陽能,通過新的工程技術手段進行有效采集,并傳輸到地面轉換成電能供使用的系統。理論上,地球靜止同步軌道上1公里寬的電池帶,每年產能約為21太瓦,預計到2050年,人類社會每年對能源的總需求約為50太瓦。

太陽能在地面上就可以利用,為什么要建設空間太陽能電站?

從產能效率來說,在地球靜止軌道上,每平方米可接收太陽能約為1400瓦,且除春分和秋分以外,太陽輻射強度基本不受時間和空間限制;而在地面上,由于大氣的吸收和散射,以及季節、晝夜等變化,到達地面的太陽輻射量每平方米約為140瓦。因此,一旦我們能夠攻克空間太陽能發電技術,就有望逐步解決人類社會的能源危機,而且太陽能可以說是“取之不盡,用之不竭”的清潔可持續能源。

從技術發展看,空間太陽能電站作為一個大型空間和能源工程,可以為國家提供巨大的可再生能源戰略儲備,并可以發展成為一個重要的產業,對于保障國家的能源獨立和國家安全,維持社會、經濟的可持續發展意義重大。同時,由于空間太陽能電站系統規模巨大,深入研究空間太陽能電站相關技術,對航天、能源、材料、微波和激光等諸多相關領域的創新發展也具有重要的作用。

更為重要的是,未來我國能源需求仍將持續強勁增長,而太陽能雖然是可持續性能源,但地球同步軌道卻是有限的,不管誰占了先機,后來者再發展會有很大困難??梢?,開展空間太陽能電站研究,是事關國家政治、經濟和安全的重大戰略問題。

發達國家空間太陽能電站研究進展

傳統意義上空間太陽能電站的構想,是由美國科學家彼得·格拉賽于1968年首次提出,國際上對此研究已超過40年,其間由于關鍵技術難以突破、需要投入巨額資金等問題,研發工作曾一度停滯。近年,由于地球化石能源危機凸顯,以美、日和歐洲為主的發達國家又重新投入資金和人力,開展空間太陽能電站關鍵技術研究。

2007年4月,美國國家安全空間辦公室成立了空間太陽能發電站研究組。2012年,在美國國家航空航天局創新型先進概念的支持下,研究人員提出了“任意大型相控陣空間太陽能電站”項目,這是目前最新的建設方案。

根據規劃,美國空間太陽能電站的重點研究方向,包括整體構型、聚光鏡、空間發電技術、無線能量傳輸技術、電力傳輸與管理技術、熱管理與熱材料技術、先進運輸技術等,未來將通過分階段開展不同功率級別的系統驗證,最終實現功率吉瓦(GW)級以上的商業化運行系統。

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[責任編輯:趙卓然]

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