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未來清潔電力天上來
日期:2022-03-29   [復(fù)制鏈接]
責(zé)任編輯:sy_liujinying 打印收藏評(píng)論(0)[訂閱到郵箱]

據(jù)世界經(jīng)濟(jì)論壇網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道,英國政府正考慮投資160億英鎊,建設(shè)空間太陽能電站??臻g太陽能電站是英國政府“凈零創(chuàng)新組合”項(xiàng)目將投資的技術(shù)之一,被視為可助英國到2050年實(shí)現(xiàn)凈零排放的潛在措施之一。

美國加州理工學(xué)院科學(xué)家也正在開展一項(xiàng)具有先鋒性的“空間太陽能發(fā)電項(xiàng)目”,而且美國海軍研究實(shí)驗(yàn)室2020年在太空測試了太陽能模塊和能量轉(zhuǎn)化系統(tǒng)。此外,中國也在建造自己的空間太陽能發(fā)電站。

那么,太空中的太陽能發(fā)電站將如何運(yùn)作,能帶來哪些好處,又面臨哪些挑戰(zhàn)呢?

優(yōu)點(diǎn)多多

據(jù)世界經(jīng)濟(jì)論壇網(wǎng)報(bào)道,到2050年,全球能源需求預(yù)計(jì)將增長近50%。

位于軌道上的空間太陽能電站一天24小時(shí)都可以接收太陽光,因此可以持續(xù)發(fā)電,這比地球上的太陽能發(fā)電系統(tǒng)更具優(yōu)勢――后者只能在白天發(fā)電,并且受天氣影響。因此,空間太陽能發(fā)電可能是幫助滿足全球能源部門日益增長的需求和應(yīng)對(duì)全球氣溫上升的關(guān)鍵。

空間太陽能發(fā)電需要在太空收集太陽能并將其傳送到地球上。為此,空間太陽能發(fā)電系統(tǒng)需要一顆太陽能衛(wèi)星,即一臺(tái)裝有太陽能電池板的巨型航天器。這些電池板可以發(fā)電,然后通過高頻無線電波將能量無線傳輸?shù)降厍?,而一種名為硅整流二極管天線的地面天線將把無線電波轉(zhuǎn)換成電力,再將其傳送至電網(wǎng)。

前景可期

利用漂浮在太空中的巨型太陽能發(fā)電站向地球發(fā)射大量能量,這聽起來像科幻小說――20世紀(jì)20年代,俄羅斯科學(xué)家康斯坦丁?齊奧爾科夫斯基首次提出了這個(gè)設(shè)想。在很長一段時(shí)間里,它成為作家們的靈感來源。1941年著名科幻作家艾薩克?阿西莫夫發(fā)表的短篇小說《推理》,就描述了這樣一個(gè)能收集太陽能、并通過微波向行星傳遞能量的空間站。

此后,基于太空的太陽能利用就成為一個(gè)長盛不衰的想法,而最近的技術(shù)進(jìn)步使科學(xué)家們對(duì)其前景更為樂觀。這些技術(shù)包括輕型太陽能電池、無限能量傳輸和太空機(jī)器人技術(shù)等。

建造空間太陽能發(fā)電站首先需要解決的是太陽能電池板的重量問題,不過,這已經(jīng)通過開發(fā)超輕太陽能電池得到了解決。2017年,美國加州理工學(xué)院的研究人員提出了一個(gè)模塊化發(fā)電站的設(shè)計(jì),該發(fā)電站由數(shù)千塊超輕型太陽能電池瓦組成。它是迄今為止最輕的集成多功能原型機(jī),能夠收集陽光,將其轉(zhuǎn)換成射頻電能,然后以受控光束無線傳輸這種能量。

另外,空間太陽能電站基于模塊化設(shè)計(jì),大量太陽能組件可由機(jī)器人在軌道上組裝而成。此外,把所有這些組件運(yùn)入太空難度大、成本高,但像美國太空探索技術(shù)公司(SpaceX)這樣的公司正在努力改變這種狀況,其研制出的“獵鷹”火箭可重復(fù)使用,功能更強(qiáng)大的“星艦”火箭也即將進(jìn)入關(guān)鍵的試飛階段,有望大大降低空間發(fā)電成本。

仍有挑戰(zhàn)

弗雷澤-納什咨詢公司最近的一份報(bào)告認(rèn)為,英國投資100多億英鎊建設(shè)空間太陽能電站是可行的。該項(xiàng)目預(yù)計(jì)將從規(guī)模試驗(yàn)開始,2040年建成并投入使用。屆時(shí)這顆太陽能衛(wèi)星的直徑將達(dá)到1.7公里,重約2000噸。地面天線的面積約為87平方公里。

據(jù)美國消費(fèi)者新聞與商業(yè)頻道網(wǎng)站報(bào)道,中國正在考慮建設(shè)太陽能發(fā)電站的計(jì)劃,包括在2021年至2025年建設(shè)中小規(guī)模平流層太陽能電站并發(fā)電;2025年后開始大規(guī)模空間太陽能電站系統(tǒng)相關(guān)工作。根據(jù)有關(guān)專家組論證建議,中國應(yīng)力爭在未來十余年完成空間超高壓發(fā)電輸電及無線能量傳輸試驗(yàn)驗(yàn)證,實(shí)現(xiàn)“2030年開始建設(shè)兆瓦級(jí)空間太陽能試驗(yàn)電站,2050年前具備建設(shè)吉瓦級(jí)商業(yè)空間太陽能電站的能力”的中、遠(yuǎn)期目標(biāo)。

但世界經(jīng)濟(jì)論壇網(wǎng)的報(bào)道指出,即使我們成功建造了一個(gè)空間太陽能電站,其運(yùn)行也面臨若干實(shí)際挑戰(zhàn),例如太空碎片可能會(huì)破壞太陽能電池板。太空碎片是廢棄的運(yùn)載火箭或航天器部件,它們?cè)诘厍蛏峡諗?shù)百公里處漂浮,由于太空碎片以25266公里/小時(shí)的極快速度在近地軌道上飛行,因此一旦發(fā)生碰撞,可能會(huì)對(duì)衛(wèi)星或航天器造成嚴(yán)重破壞。

另一個(gè)問題是,從太陽能衛(wèi)星向地面?zhèn)鬏斈芰侩y度很大,科學(xué)家們需要提高無線能量傳輸?shù)男?,按照現(xiàn)有技術(shù),收集到的太陽能只有一小部分可到達(dá)地球。

報(bào)道還指出,空間太陽能發(fā)電能否幫助英國在2050年前實(shí)現(xiàn)凈零排放還有待觀察,但盡管存在上述挑戰(zhàn),空間太陽能發(fā)電未來仍有可能夢想成真,在全球能源供應(yīng)中發(fā)揮重要作用。

原標(biāo)題:未來清潔電力天上來
 
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來源:科技日?qǐng)?bào)
 
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