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能源環(huán)境新聞

宇宙光伏發(fā)電:用激光或微波向地面輸送無盡的能源

星之球科技 來源:北極星智能電網(wǎng)在線2015-08-18 我要評(píng)論(0 )   

日本政府2015年1月制定的“宇宙基本計(jì)劃”中,包含了一項(xiàng)要推進(jìn)研發(fā)的“未來技術(shù)”。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)”...

       日本政府2015年1月制定的“宇宙基本計(jì)劃”中,包含了一項(xiàng)要推進(jìn)研發(fā)的“未來技術(shù)”。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(xiàng)研究目前還面臨著許多有待解決的技術(shù)課題,目前預(yù)計(jì)的開發(fā)費(fèi)用將超過1~2萬億日元。據(jù)稱最快2040年實(shí)現(xiàn)。雖然路途艱難,但實(shí)用化,就能改變整個(gè)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(shè)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(fù)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(diǎn)供電的方式也具有較大的優(yōu)勢。只要建設(shè)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(yīng)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(mèng)想了。
 
美國凍結(jié)開發(fā)計(jì)劃,日本一馬當(dāng)先
       宇宙光伏發(fā)電的方案是在1968年由美國的PeterGlaser博士提出的。之后一直以美國宇航局(NASA)為中心推進(jìn)研發(fā)。但現(xiàn)在,出于財(cái)政等原因,NASA的開發(fā)計(jì)劃遭到了凍結(jié)。部分民營企業(yè)雖然也在繼續(xù)進(jìn)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(lǐng)跑的位置。文部科學(xué)省等管轄的日本宇宙航空研發(fā)機(jī)構(gòu)(JAXA)與經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省下屬的宇宙系統(tǒng)開發(fā)利用推進(jìn)機(jī)構(gòu)合作,正在聯(lián)手開發(fā)基礎(chǔ)技術(shù)。
 
      宇宙系統(tǒng)開發(fā)利用推進(jìn)機(jī)構(gòu)系統(tǒng)開發(fā)部擔(dān)當(dāng)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(lǐng)著世界。”

      宇宙光伏發(fā)電系統(tǒng)如上圖所示,大致分三個(gè)階段。
 
      首先是設(shè)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(zhǔn)確向地面輸送電波。最后利用地面的天線接收電波,重新復(fù)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(shí),設(shè)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(shè)約2公里見方的太陽能電池。如果達(dá)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(huì)擴(kuò)散。使用上面提到的太陽能電池時(shí),在地面上也需要設(shè)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。
 
      以發(fā)電量為100萬千瓦計(jì)算,資材的重量約為1.5萬噸。即使每次能夠發(fā)射50噸,也要發(fā)射300次。因此,資材的運(yùn)輸不能使用一次性火箭,必須將航天飛機(jī)等可以重復(fù)使用的太空飛機(jī)實(shí)用化。在此前提下估算,整體的成本至少需要1~2萬億日元以上,“考慮到利潤,以現(xiàn)在的技術(shù)還難以實(shí)現(xiàn)”(JAXA工作人員)。

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光伏發(fā)電系統(tǒng)無人機(jī)宇宙光伏發(fā)電
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