太阳是地球乃至整个太阳系取之不尽的核心能源系统。随着地球传统能源面临枯竭,太空电站或将成为21世纪解决能源问题的重要途径。
为啥要建
太空电站
全国空间探测技术首席科学传播专家庞之浩介绍,所谓“太空电站”,就是把地面的太阳能发电装置搬到太空,在“天上”将太阳能转化为电能,再通过无线能量传输方式送到地面。
电站“上天”,主要是为了更高效地利用太阳能。在地面上,太阳能会受到大气的吸收和散射、昼夜更替等因素影响而衰减。太空中的太阳能却非常充裕。
据估算,每平方米太阳能电池在中国西北地区的最高发电功率约为0.4千瓦,在平流层为7—8千瓦,而在地球同步轨道上,发电功率可达10—14千瓦。即便电能在多次转换过程中有所损耗,太空发电的整体效率仍非常可观。
发电量与地面核电站相当
庞之浩介绍,从技术原理看,太空电站主要由三部分组成:发电装置将太阳能转化为电能,能量转换和发射装置将电能转换成微波或激光等形式,并向地面接收系统发送波束,最后地面转换装置再将其转换为电能接入电网。
太空电站不受天气和纬度等自然因素影响,可大规模收集、转换和利用太阳能,发电量与地面核电站相当。
不仅如此,从太空中获取的电能,通过无线方式传输到世界各地,不依赖大规模电网,可对偏远地区、受灾地区以及重要设施等进行定向供电或移动供电。比如,假若有了太空电站,电动车就无需再四处寻找充电桩,可以随时随地进行移动充电。
还需攻克多重技术难题
不过,建造太空电站还需攻克多重技术难题。例如,单个太空电站的面积至少相当于1400个足球场,发电功率为兆瓦级,使用寿命需达到30年以上。要建造这么宏大的空间系统,在材料、运载、航天器控制、在轨组装及维护等不少关键领域仍有待突破。
有人建议,可利用成千上万颗小卫星,像拼插积木一样,将大型太阳能发电机组装起来；或者通过太空3D打印,未来在空间站上直接制造和部署太空电站。此外,远距离无线传输大功率电能技术目前也亟待攻关。
高昂成本和安全隐患也须考虑在内。比如,地球同步轨道上不仅有陨石,还有大量太空垃圾,太空电站随时有被撞击损坏的风险。不过,作为一种高效又环保的发电方式,太空电站仍被许多国家看好。
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