穹顶之上建电站疯狂计划可行否？_航天_外空网

xing123 发表于 2016-10-31 18:38:42

穹顶之上建电站疯狂计划可行否？

空间太阳能电站模拟图核心提示：3月9日，日本对外宣称成功进行了一次微波输电试验，这是向未来空间太阳能电站迈出的重要一步。这次试验的距离只有55米，而他们设想中的空间电站距离地面36000公里，相差了大约65万倍。此次试验传输的电力功率只有1.8千瓦，比设想中的空间电站少了56万倍。尽管如此，这次试验依然是一个有意义的开始。空间太阳能电站（以下简称空间电站）的理念，是把太阳能发电站搬到太空去。空间电站的优势是太空中没有大气层的阻隔，阳光照射的强度远比地面上高；且在太空一般没有“占地”问题，可以相对自由地选择电站的位置。更加重要的是，在太空发电不需要燃烧化石燃料，因此不会产生废气排放，这对饱受环境污染困扰的人类而言，无疑是一个好消息。历史上，多个国家对空间电站进行过研究，美国、欧洲、日本还先后提出了不少设想。但真正列入国家计划并正式开展研制的，迄今为止只有日本一个国家。究其原因是由于传统发电已经基本能满足西方国家的用电需求，在人口密度大、环保要求严的欧洲，大量核电站正在安全高效地运行。因此，西方只有宇航界人士对空间电站有一定的热情，主要能源企业乃至公众对此并不是很关心。那么日本为何如此积极地研制空间电站呢？空间太阳能电站模拟图日本为何积极太空索电日本对空间电站一直保持着很高的热情。其主要原因是日本的能源高度依赖进口，即使在建设了大量核电站之后，这个问题也没有得到缓解。此外，由于日本的核燃料需要进口，而且几乎每次海上运输都会遭到反核组织的强烈抗议。因此，日本将目标转向了太空。早在2001年，日本就制定了四步走的战略。即逐步建设100千瓦低轨道、10兆瓦低轨道、250兆瓦静止轨道的演示验证电站，最终建成1000兆瓦的静止轨道商业电站。和各种航天计划一样，日本建造太空电站的最大难点也是经费问题。日本方面提出过两种1000兆瓦的设计方案。一种方案是采用2.5×2.3公里的太阳电池板一块一块地搭建起电站，形成一个边长10公里的正方形的“大方块”发电区。这个发电区的背面就是微波发射器。另一种方案是日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）提出的，这个方案较前一个方案略有不同，它的“大方块”尺寸只有1.6×1.8公里，厚10厘米。在“大方块”的上方6公里处设置两块直径1公里的反射镜，将阳光反射到“大方块”上，强化阳光照射。按照日本方面的计划，这个1000兆瓦的发电站要到2040年才能投入使用。在此之前要进行各种技术验证。事实上，无论哪个方案，都要建设大规模太阳电池阵。日本为此正在研制超清太阳能电池板，单位质量只有每平方米100克。即便如此，初步估算这个“大方块”及其相关控制、发射设备的在轨质量也要上万吨。而日本目前H-2A运载火箭的静地轨道运载能力只有4~6吨，每次发射成本是1~1.4亿美元。即使按照最低单位运价来计算，也要高达0.167亿美元/吨。根据2014年的有关报道显示，日方最初估算建设空间电站的总成本为1万亿日元（98.3亿美元）。和上述计算的数字相差甚远。当然，如果日本大量制造H-2A火箭，可以有效降低成本。但日本种子岛发射场受到附近渔场安全问题的影响，每年的发射次数受到严格限制。因此，就算日本大幅度提高H-2A火箭的产量，也起不到实质性降低空间电站单价的作用。空间太阳能电站模拟图发电容易输电难把光伏电池发射到太空，从而产生电力并非难事，多数卫星和载人航天器都是用这种方式发电的。但是，真正的困难是如何把电力送回地球。在这个问题上有两种解决方法，欧洲和美国更加倾向于用激光来输送电力，而日本更加倾向于用微波来输送电力。虽然激光的指向性更好一些，但日本方面却认为激光的对准技术不佳。实际上，微波的好处在于不受气象条件的限制，即使在阻碍激光传播的恶劣气候下，微波也能穿透阻碍抵达地面。美国地域辽阔，有大片干旱少雨的沙漠可以作为激光的接收场，欧洲也可以在非洲沙漠建立接收场。而日本在东北亚地区的政治处境，决定了其不可能把接收场放到有广阔沙漠的国外去。那么，能全天候工作的微波输电就成了唯一选择。JAXA的太空电站专家佐佐木晋在一次会议上发表论文称，他们打算选取一个独立的小岛来作为接收场，然后从静止轨道向接收场发射高能量并对人体无害的微波，微波频率选定在5.8G赫兹。不过从JAXA目前给出的指标来看，“对人体无害”恐怕是个难题。这种微波的能量其密度高达每平方米1千瓦，而对人体无害的微波功率上限是每平方米10瓦，前者是后者的100倍。另外，根据有关国际公约规定，任何国家不可任意寻找无人岛做微波试验。因此JAXA打算建造一个直径为3公里的人工岛作为接收场并不现实。JAXA打算建造的太空电站发电能力为1000兆瓦，如果按照转换效率80%来计算，一年不间断运行的总发电量就可达到70.08亿千瓦时。虽然这还不到2012年日本发电量的1%，但是对于日本这样的国家来说已经相当不错了。未来将有大发展日本在空间电站的建设上尽管困难重重，却依然在不懈努力着。这对我国来说具有很大的借鉴意义。我国的人民生活水平正在持续提高，人均用电量迟早会赶上发达国家。到那个时候，我国如果仍旧依靠燃煤、燃油发电来解决供电问题，即使采用清洁燃煤等环保技术，碳排放和其他排放量依然会达到一个可怕的数字，而核电站只适合修建在沿海地区，广大内陆地区依然需要一种发电能力相当、能量密度较高的发电手段。未雨绸缪，提前开展太空电站的论证和关键技术研发，将会使我们在面对电力需求大幅度攀升的局面时，拥有一种靠谱的解决手段。（常飞）

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