長年困擾日本的能源問題也許能夠從根本上得到解決。在宇宙空間發(fā)電并直接向地面輸送電能的系統(tǒng)將成為解決能源問題的殺手锏。在系統(tǒng)得以實現(xiàn)之前,無線供電等基礎技術已經(jīng)在開花結果了。
日本政府2015年1月制定的“宇宙基本計劃”中,包含了一項要推進研發(fā)的“未來技術”。那就是使太陽能電池板漂浮在宇宙空間,將所發(fā)電力輸送到地面的“宇宙光伏發(fā)電系統(tǒng)”。
這項研究目前還面臨著許多有待解決的技術課題,目前預計的開發(fā)費用將超過1~2萬億日元。據(jù)稱最快2040年實現(xiàn)。雖然路途艱難,但實用化,就能改變整個世界的能源產(chǎn)業(yè)。
所謂宇宙光伏發(fā)電,是要在3.6萬公里高空的同步衛(wèi)星軌道設置上專用衛(wèi)星,在宇宙空間利用太陽能發(fā)電,再把電能轉(zhuǎn)換為電波,輸送到地球。最后在地面的受電基地再恢復成電能。
在沒有云層遮擋的宇宙空間,可以不間斷地穩(wěn)定發(fā)電,因此與地面的光伏發(fā)電相比,發(fā)電效率約是后者的10倍。而且,向地面的受電基地定點供電的方式也具有較大的優(yōu)勢。只要建設好受電基地,即便是深山、海上等交通不便的場所,也可以大量供應發(fā)電過程碳排放為零的清潔電力。
而且,在宇宙空間生產(chǎn)的無窮的電能,還可以從日本擁有的衛(wèi)星,輸送給其他國家。讓沒有資源的日本轉(zhuǎn)型為能源出口國,也不再只是夢想了。
美國凍結開發(fā)計劃,日本一馬當先
宇宙光伏發(fā)電的方案是在1968年由美國的Peter Glaser博士提出的。之后一直以美國宇航局(NASA)為中心推進研發(fā)。但現(xiàn)在,出于財政等原因,NASA的開發(fā)計劃遭到了凍結。部分民營企業(yè)雖然也在繼續(xù)進行研究,但沒有取得突出的成果。
于是,從1980年代開始參與研發(fā)的日本沖到了領跑的位置。文部科學省等管轄的日本宇宙航空研發(fā)機構(JAXA)與經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省下屬的宇宙系統(tǒng)開發(fā)利用推進機構合作,正在聯(lián)手開發(fā)基礎技術。
宇宙系統(tǒng)開發(fā)利用推進機構系統(tǒng)開發(fā)部擔當部長中村修治自豪地說:“還在繼續(xù)開展研發(fā)的國家只有日本。我們引領著世界。”
宇宙光伏發(fā)電系統(tǒng)如上圖所示,大致分三個階段。
首先是設置在宇宙空間的衛(wèi)星利用太陽能發(fā)電,將電能轉(zhuǎn)換成微波或者激光。這是第一階段。接下來是準確向地面輸送電波。最后利用地面的天線接收電波,重新復原成電能。
其中最大的課題是衛(wèi)星。使用過去研發(fā)的主流——微波作為供電方式時,設置在宇宙空間的發(fā)電衛(wèi)星的成本非常高昂。
利用宇宙太陽能生產(chǎn)1座核電站的發(fā)電量,即100萬千瓦,必須在宇宙空間內(nèi),鋪設約2公里見方的太陽能電池。如果達不到這樣的面積,從宇宙空間到地面,在3.6萬公里的供電過程中,電波將會擴散。使用上面提到的太陽能電池時,在地面上也需要設置直徑約為4公里的受電天線。
由于需要的衛(wèi)星體型巨大,發(fā)射成本自然也是巨大。