穹顶之上建电站 疯狂计划可行否？

<p style="text-align: center; text-indent: 2em; margin-bottom: 1em"><strong> </strong></p><p style="text-align: center; text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">空间太阳能电站模拟图</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em"><strong>核心提示</strong>：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。</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">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。</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">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？</p><p style="text-align: center; text-indent: 2em; margin-bottom: 1em"> </p><p style="text-align: center; text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">空间太阳能电站模拟图</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em"><strong>日本为何积极太空索电</strong></p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">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。</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">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。</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">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。</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">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</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">1公里的反射镜，将阳光反射到“大方块”上，强化阳光照射。</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">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。</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">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。</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">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。</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">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。</p><p style="text-align: center; text-indent: 2em; margin-bottom: 1em"> </p><p style="text-align: center; text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">空间太阳能电站模拟图</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em"><strong>发电容易输电难</strong></p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">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。</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">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。</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">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。</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">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。</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">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。</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em"><strong>未来将有大发展</strong></p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">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。</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">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。</p><p style="text-indent: 2em; margin-bottom: 1em">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）</p><br />