太空中用太陽(yáng)能發(fā)電給地面用，中國(guó)想領(lǐng)先

據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，隨著綠色能源革命在全世界的加速發(fā)展，太陽(yáng)能發(fā)電已成為眾人所熟悉的景象。而中國(guó)正在將太陽(yáng)能發(fā)電提升到一個(gè)全新的水平。中國(guó)宣布，計(jì)劃在2050年前將一座太陽(yáng)能發(fā)電站送入地球軌道，這一壯舉將使其成為首個(gè)利用太空太陽(yáng)能并將其傳輸回地面的國(guó)家。

鑒于太陽(yáng)一直存在于太空中，太空太陽(yáng)能發(fā)電被視為最為可靠的可再生能源。

“你不必應(yīng)對(duì)晝夜周期,你不必應(yīng)付云層或季節(jié)變化，所以相比于現(xiàn)有的地面太陽(yáng)能，你有8到9倍的能源可用,”加州理工學(xué)院電氣工程系教授阿里·哈吉米利(Ali Hajimiri)如是指出。其也是該太空太陽(yáng)能項(xiàng)目負(fù)責(zé)人。

當(dāng)然，開(kāi)發(fā)捕獲和傳輸太陽(yáng)能所需的硬件設(shè)備，以及將該系統(tǒng)發(fā)射到太空不僅困難重重且非常昂貴。但中國(guó)正在大步前進(jìn)，據(jù)報(bào)道中國(guó)正在西南部城市重慶建設(shè)一個(gè)試驗(yàn)設(shè)施，從而研究將太陽(yáng)能從軌道傳輸會(huì)地面的最佳方式。

利用太空太陽(yáng)能作為可靠可再生能源的想法并不是什么新鮮事。這一概念最早出現(xiàn)在上世紀(jì)70年代，但相關(guān)研究進(jìn)展并不大，很大程度上是因?yàn)槿藗兤毡檎J(rèn)為技術(shù)要求過(guò)于復(fù)雜。但隨著無(wú)線傳輸技術(shù)的進(jìn)步以及光伏電池設(shè)計(jì)和能量轉(zhuǎn)換效率的提高，這種情況似乎正在發(fā)生改變。

“我們現(xiàn)在看到了一些復(fù)蘇跡象，這可能是因?yàn)橛辛诵录夹g(shù)，實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的基礎(chǔ)已經(jīng)存在，”物理學(xué)家約翰·曼金斯(John Mankins)表示。

據(jù)曼金斯說(shuō)，人口增長(zhǎng)可能是推動(dòng)人們對(duì)太空太陽(yáng)能重新點(diǎn)燃興趣的另一個(gè)因素。到2050年，世界人口預(yù)計(jì)將增長(zhǎng)至90億，專(zhuān)家們說(shuō)，太空太陽(yáng)能可能會(huì)成為滿(mǎn)足全球能源需求的一個(gè)關(guān)鍵途徑，尤其是在日本、北歐和世界其他光照不太充足的地區(qū)。

他說(shuō):“展望未來(lái)50年，能源需求將是巨大的。“如果你能在陽(yáng)光普照的地方收獲太陽(yáng)能，并在不干擾地球的前提下將其傳輸出去——當(dāng)然你還需要以一個(gè)負(fù)擔(dān)得起的價(jià)格做到這一切——那么你就贏了。”

讓其成為現(xiàn)實(shí)

中國(guó)實(shí)驗(yàn)的細(xì)節(jié)尚未公布，但曼金斯表示，在太空利用太陽(yáng)能的一種方法是發(fā)射數(shù)萬(wàn)顆“太陽(yáng)能衛(wèi)星”，這些衛(wèi)星將彼此聯(lián)系起來(lái)，形成一個(gè)巨大的錐形結(jié)構(gòu)，在地球上空約2.2萬(wàn)英里的軌道上運(yùn)行。

這些衛(wèi)星將用太陽(yáng)能電池板也就是光伏板覆蓋，光伏板將陽(yáng)光轉(zhuǎn)化為電能，電能將被衛(wèi)星轉(zhuǎn)化為微波，并無(wú)線發(fā)送到地面接收器，比如說(shuō)一種直徑可達(dá)4英里的巨型鐵絲網(wǎng)。這些地面接收設(shè)備可以安裝在湖泊、沙漠或農(nóng)田上。

曼金斯估計(jì)，這樣一個(gè)太陽(yáng)能設(shè)施可以源源不斷地產(chǎn)生2000千兆瓦的電力。相比之下，最大的地面太陽(yáng)能發(fā)電場(chǎng)只能產(chǎn)生大約1.8千兆瓦。

這聽(tīng)起來(lái)似乎很有希望。但專(zhuān)家警告說(shuō)，仍然有很多障礙需要克服，其中包括目前需要找到一種減輕太陽(yáng)能電池板重量的方法。

加州理工學(xué)院科學(xué)家特里·格杜托斯(Terry Gdoutos)說(shuō):“目前最先進(jìn)的光電技術(shù)的轉(zhuǎn)換效率可能是30%。”格杜托斯與哈吉米利一起從事太空太陽(yáng)能研究，“最大的挑戰(zhàn)是在不犧牲效率的前提下降低太陽(yáng)能發(fā)電板的質(zhì)量。”

加州理工學(xué)院研究團(tuán)隊(duì)最近制造一對(duì)超輕光伏板模型，證明它們可以收集并無(wú)線傳輸10千兆赫的電能。格杜托斯指出，這些模型成功完成了太陽(yáng)能發(fā)電衛(wèi)星在太空中需要完成的所有功能，他和同事們現(xiàn)在正在探索進(jìn)一步減輕太陽(yáng)能發(fā)電板重量的方法。

未來(lái)道路

目前中國(guó)還沒(méi)有透露將在太空太陽(yáng)能發(fā)電場(chǎng)建設(shè)上投入多少資金。曼金斯說(shuō)，即使是為了驗(yàn)證各種技術(shù)的小規(guī)模試驗(yàn)，也可能至少要花費(fèi)1.5億美元。

盡管價(jià)格高昂，曼金斯仍然是太空太陽(yáng)能發(fā)電的堅(jiān)定擁護(hù)者。

他說(shuō):“地面太陽(yáng)能是一種奇妙的東西，我們將永遠(yuǎn)擁有地面太陽(yáng)能。”“在很多地方，屋頂太陽(yáng)能棒極了，但世界上很多地方都不像亞利桑那州。數(shù)百萬(wàn)人生活在大型地面太陽(yáng)能電池陣列產(chǎn)出并不經(jīng)濟(jì)的地方。”

曼金斯對(duì)該領(lǐng)域的最新進(jìn)展表示歡迎，并表示他熱切希望追隨中國(guó)的新舉措。“中國(guó)的研究興趣真的很驚人，”他說(shuō)。“15年前，他們?cè)谶@個(gè)領(lǐng)域完全不存在。現(xiàn)在他們正處于強(qiáng)有力的領(lǐng)導(dǎo)地位。”