開(kāi)發(fā)太空太陽(yáng)能

太空太陽(yáng)能電站是利用衛(wèi)星技術(shù)，在太空把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化成電能，然后以某種方式傳回地球供人類使用的系統(tǒng)。

人類獲取能源的主要方向

“公元2307年，化石燃料已經(jīng)枯竭，人類開(kāi)始使用大規(guī)模太空太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)作為新的能量來(lái)源，但是從中受惠的只不過(guò)是一部分大國(guó)以及他們的盟國(guó)……”這是日本著名科幻小說(shuō)《機(jī)動(dòng)戰(zhàn)士高達(dá)》中的開(kāi)篇語(yǔ)。不過(guò)，目前全世界正面臨著共同的能源危機(jī)，人們恐怕等不到2307年就不得不開(kāi)展太空太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的研究了。

在日本，太空發(fā)電站的研究如火如荼。20世紀(jì)80年代日本的多所大學(xué)就展開(kāi)了相關(guān)研究。而日本宇宙航空研究開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)與日本經(jīng)產(chǎn)省共同資助1200萬(wàn)美元的太空太陽(yáng)能十年計(jì)劃也即將結(jié)束第一階段的研究。過(guò)去10年間，日本宇宙航空研究開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)(JAXA)一直為本國(guó)的空間太陽(yáng)能電站系統(tǒng)(SSPS)提供穩(wěn)定支持。目標(biāo)是在2030年前向太空發(fā)射一顆對(duì)地靜止衛(wèi)星，這顆衛(wèi)星將為地球上50萬(wàn)戶家庭提供10億瓦特電能。

2008年2月，北海道的日本科學(xué)家開(kāi)始了新型電力傳輸系統(tǒng)的地上試驗(yàn)，這個(gè)系統(tǒng)可以以微波形式將能源從太空傳送到地球。這兩項(xiàng)實(shí)驗(yàn)都是日本宇宙航空研究開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)(JAXA)主導(dǎo)的一項(xiàng)大膽的計(jì)劃——太空太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)(SSPS)計(jì)劃的重要組成部分。激光和微波是太空太陽(yáng)能發(fā)電領(lǐng)域中的兩種主要的傳輸方式，也是該技術(shù)的核心難題。而日本雙管齊下，希望同時(shí)在這兩個(gè)領(lǐng)域獲得突破。

在我國(guó)，太陽(yáng)能的利用也一直是最熱門的話題，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，國(guó)內(nèi)在集熱器(含太陽(yáng)能熱水器)已成為太陽(yáng)能應(yīng)用最為廣泛、產(chǎn)業(yè)化最迅速的產(chǎn)業(yè)之一。1998年銷售總額達(dá)到了35億元，其產(chǎn)量位居世界榜首。

我國(guó)的太陽(yáng)能產(chǎn)業(yè)已開(kāi)始運(yùn)作。中國(guó)科學(xué)院宣布啟動(dòng)西部行動(dòng)計(jì)劃，將在兩年內(nèi)投入2.5億元人民幣開(kāi)展研究，建立若干個(gè)太陽(yáng)能發(fā)電、太陽(yáng)能供熱、太陽(yáng)能空調(diào)等示范工程。目前河北保定國(guó)家高新技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)正加快建設(shè)我國(guó)規(guī)模最大的多晶硅太陽(yáng)能電池生產(chǎn)基地，該項(xiàng)目集太陽(yáng)能電池、組件及應(yīng)用系統(tǒng)等為一體，一期工程完成后可達(dá)到年產(chǎn)3兆瓦多晶硅太陽(yáng)能電池的能力，填補(bǔ)了我國(guó)在太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)應(yīng)用方面多項(xiàng)空白，并將大大推動(dòng)太陽(yáng)能電池用低鐵玻璃的生產(chǎn)、銷售市場(chǎng)。但從整體上分析，國(guó)內(nèi)太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)由于起步較晚，尤其是在太陽(yáng)能電池的開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)上還落后于國(guó)際水平，整體上仍處于產(chǎn)量小、應(yīng)用面窄、產(chǎn)品單一、技術(shù)落后的初級(jí)階段。經(jīng)粗略統(tǒng)計(jì)表明，國(guó)內(nèi)目前僅建有5個(gè)(單晶硅)太陽(yáng)能電池生產(chǎn)廠，年產(chǎn)量約有4.5兆瓦(注：1兆瓦(MW)為1000千瓦)，工廠設(shè)施仍停留在已有引進(jìn)的生產(chǎn)線上。而國(guó)外不少企業(yè)已把眼光瞄準(zhǔn)更為先進(jìn)的薄膜晶體太陽(yáng)能電池的開(kāi)發(fā)與生產(chǎn)上。這種新一代的先進(jìn)的薄膜晶體太陽(yáng)能電池其轉(zhuǎn)換效率可高達(dá)18.3％，比目前平均轉(zhuǎn)換效率提高了3個(gè)百分點(diǎn)。

太空太陽(yáng)能電站開(kāi)發(fā)費(fèi)用昂貴

太空太陽(yáng)能電站的設(shè)想非常偉大和宏遠(yuǎn)，但實(shí)現(xiàn)起來(lái)所需要的經(jīng)費(fèi)卻是十分驚人的。1968年彼得·格拉澤的將太陽(yáng)能電站搬到太空去的設(shè)想，需要研制一種太陽(yáng)能動(dòng)力衛(wèi)星，并把它送到距地面3.6萬(wàn)千米的軌道上(即地球同步軌道。在這一軌道上，衛(wèi)星繞地球飛行1圈的時(shí)間，正好與地球自轉(zhuǎn)一周所需要的時(shí)間相同)。對(duì)格拉澤提出這一宏偉設(shè)想，由于要花一大筆錢，美國(guó)政府不感興趣。不過(guò)到20世紀(jì)70年代中期，因出現(xiàn)能源危機(jī)，格拉澤的計(jì)劃重新受到重視，美國(guó)政府投資2000萬(wàn)美元作為研究費(fèi)用。但研究費(fèi)不久就用完了，人們的熱情又冷了下來(lái)。因?yàn)槊绹?guó)科學(xué)院估計(jì)，要建成這個(gè)太空發(fā)電站，大概要用50年時(shí)間，研制、發(fā)射和組裝耗資達(dá)3000億美元，工作量相當(dāng)于600名宇航員在太空工作30年。盡管發(fā)電能力為300千兆瓦，能供1.5億人口用電，可巨額投資遭到非議。原來(lái)，格拉澤設(shè)計(jì)的這座電站重量達(dá)5萬(wàn)噸，其中僅太陽(yáng)能電池板的空間面積就達(dá)50多平方千米，而向地球發(fā)送電力的微波發(fā)射天線的直徑達(dá)1千米。按美國(guó)航天飛機(jī)一次最多能運(yùn)送30噸物資計(jì)算，也要發(fā)射1000多次才能把電站的設(shè)備全部送上天。而在20世紀(jì)70年代時(shí)，美國(guó)的航天飛機(jī)還沒(méi)有正式投入使用，因此人們認(rèn)為，格拉澤的計(jì)劃在短期內(nèi)難以實(shí)現(xiàn)。1999年和2000年，美國(guó)國(guó)會(huì)分別給宇航局撥款500萬(wàn)和1500萬(wàn)美元，用以深入研發(fā)空間太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)，以期找出更好更成熟的建設(shè)方案。專家們從目前發(fā)展態(tài)勢(shì)估計(jì)，本世紀(jì)20年代第一個(gè)空間太陽(yáng)能電站將升空組裝并開(kāi)始試驗(yàn)性發(fā)電。

日本計(jì)劃2040年前后向太空發(fā)射太陽(yáng)能電站。盡管日本近年來(lái)在航天領(lǐng)域?qū)以獯煺郏毡窘?jīng)濟(jì)、貿(mào)易和工業(yè)部(METI)仍雄心勃勃地計(jì)劃在2040年之前向太空發(fā)射太陽(yáng)能電站。日本從2001財(cái)年4月份將開(kāi)始太陽(yáng)能衛(wèi)星的研究，到2040年系統(tǒng)將開(kāi)始運(yùn)作。METI計(jì)劃發(fā)射的太陽(yáng)能衛(wèi)星在地球同步軌道每秒可產(chǎn)生100萬(wàn)瓦的能量，相當(dāng)于一個(gè)核電站產(chǎn)生的能量。太陽(yáng)能衛(wèi)星將擁有兩個(gè)3000米長(zhǎng)的太陽(yáng)能發(fā)電翼板，兩個(gè)翼板之間是一個(gè)直徑1000米的能量傳輸天線。所產(chǎn)生的電能將以微波的形式傳送回地球，微波的強(qiáng)度將低于移動(dòng)電話發(fā)射的微波強(qiáng)度，能保證發(fā)射的微波不影響移動(dòng)通信和其他通信。衛(wèi)星地面接收天線的直徑將達(dá)幾千米，可能會(huì)建在沙漠或海洋地區(qū)。衛(wèi)星預(yù)計(jì)重2萬(wàn)噸，總的建設(shè)費(fèi)用預(yù)計(jì)為2萬(wàn)億日元(約170億美元)。與目前熱發(fā)電或核能發(fā)電每千瓦小時(shí)9日元相比，在空間發(fā)電的成本是每千瓦小時(shí)23日元。

總體看來(lái)，建造空間太陽(yáng)能電站，不僅能保證源源不斷的電能從天上來(lái)，以解決人類能源的危機(jī)，而且在它的研制、運(yùn)輸、組裝、使用過(guò)程中所開(kāi)發(fā)的新技術(shù)和新產(chǎn)品，也能夠推廣到其他航天活動(dòng)中，能夠提升相關(guān)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)水平與技術(shù)檔次。雖然太空太陽(yáng)能電站擁有如此之多的好處，且其技術(shù)途徑也是可行的，然而真正建造起來(lái)卻并非是一件易事。這是因?yàn)?，建造該種新型電站的難度遠(yuǎn)非地面電站能比，它是一項(xiàng)規(guī)?？涨?、技術(shù)密集的龐大航天系統(tǒng)工程。具體實(shí)施起來(lái)要涉及科技、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保、材料等多方面的問(wèn)題，需要分成若干專題進(jìn)行攻關(guān)研究和歸納起來(lái)的綜合分析。僅就研制、發(fā)射和組裝空間太陽(yáng)能電站的關(guān)鍵技術(shù)來(lái)講，就有個(gè)提高效率、降低成本的共性問(wèn)題。但我們有理由相信，隨著各國(guó)航天技術(shù)的發(fā)展，總有一天，我們將能夠從太空中獲取能源資源造福于全人類社會(huì)。

責(zé)任編輯 林京