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太空电站:解决人类能源危急的最终出路?

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中国新闻周刊新闻,有没有一种“一劳永逸”的设施,可以彻底解决人类的能源危急?

地球上所有的能源都来自太阳,无论是煤炭、石油、自然气等化石能源,照样水、风、太阳能等清洁能源,都与太阳有关。化石能源带来大气污染且很快将耗尽,风、光和水能并不稳固,现实发电量占比仅为23.6%。在大规模储能手艺取得重大突破之前,仅依赖可再生能源提供连续稳固的能源供应也不现实。

那么,可不能以在太空建一座电站,直接吸收太阳能并转化成电能,再传输到地球?这就是“空间太阳能电站”(简称“太空电站”)。中科院院士葛昌纯于2021年5月撰文指出,空间太阳能电站与可控核聚变电站被以为是两种最有可能的最终能源解决途径。但可控核聚变现在仍处于基础科学研究有待突破的阶段,而空间太阳能电站不存在基础科学问题,虽然工程规模伟大,但相关手艺经由连续研发是能够在一准时间内取得主要突破的。他预计,在本世纪下半叶,中国将会形成空间太阳能发电产业,成为中国能源基础设施的主要组成部门。

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西安电子科技大学校园内的试验塔,用于在地面全链路演示段宝岩团队独家设计的OMEGA方案。图/受访者提供

眼下,中国正朝着这一目的迈出第一步。2021年6月18日,在重庆市西边的璧山区福禄镇和平村,璧山空间太阳能电站实验基地宣布正式开工建设。很快,一个50~300米高的浮空平台将从璧山升起,这是一其中小规模的气球阵,科学家们会实验先从这个高度往地球输电,下一步则是平流层,距离地面有22公里。

到太空去逐日

太阳辐射在穿过地球大气层时,可能遭遇云、雾、雨、雪等种种天气征象,云层会反射大部门太阳光,因此长年多云的区域可吸收到的太阳能总是不足,这就是大气对太阳能的衰减作用。

因此,和地面太阳能电站相比,太空电站的最大优势是它的稳固性。中国工程院院士、重庆大学通讯与测控研究所所长杨士中指出,由于大气层衰减,地面太阳能电站可发生的电力有限,有很显著的区域差异。好比,在日照足够的中国西北区域,一平方米的光伏电池可发生0.4千瓦电力,在雾都重庆,仅为0.1千瓦。但在距离地球外面约3.6万公里高度的地球同步轨道上,发电功率可高达10千瓦~14千瓦。在太空中,既可以完善避开大气层的衰减,也不受昼夜、季节影响,99%的时间内可以稳固地吸收太阳辐射,可以全天候大规模发电,发电效率是地面的几十倍。

太空电站的远距离无线能量传输载体有微波和激光两种,相较而言,微波的能量传输效率更高,云层穿透消耗低,平安性较好,且手艺相对成熟,因此,现行方案多以微波传输为主。 

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