當科幻成為現實:去太空建發電站

編譯 徐寧

一個技術非常發達的文明社會如何獲取能源？1960 年，美國物理學家戴森提出了一種科幻假設：營造一個直徑數億千米、將恒星完全包裹在其內部的巨型球體（即所謂的戴森球），這樣就能完全利用其所在恒星系的恒星聚變能。戴森球的概念提出后僅8 年，科學家就提出了更實際的空間太陽能電站構想，即利用衛星將太陽能轉化為電能，再通過無線能量傳輸方式傳輸到地面的供電系統。

太空有大量太陽能資源

在地面上不也能建造太陽能發電站嗎？既然如此，為何非得舍近求遠，去太空修建太陽能發電站呢？這是因為，太空電站的發電效率實在太有吸引力了。在距離地面3.6 萬千米的地球靜止軌道，一平方米的光伏發電面板的發電功率高達14千瓦，是相同設備在地面發電功率的二三十倍。

地球接收到的太陽能只占太陽輻射到宇宙空間的總能量的約二十二億分之一，即便是如此小比例的太陽能，總功率也高達173 萬億千瓦。地球每秒接收的太陽能相當于4100 萬噸TNT 烈性炸藥爆炸產生的能量。不過，太陽的能量在到達地面前，大部分已經被大氣反射、散射掉了。如果要高效接收陽光，太空是比較理想的電站選址。據估算，太空中僅2 平方千米的光伏面板的發電功率就相當于三峽水電站的裝機容量。并且，空間太陽能電站還不受晝夜交替影響，全天可發電時間接近24 小時（除去被地球陰影遮擋的時間），這進一步拉開了空間太陽能電站和地面光伏電站的差距。

電能怎么傳到地面？

把發出的電輸送回地面，是建立空間太陽能電站面臨的一大難題。

最早設想無線輸電的是特斯拉。他提出將地球作為內導體，把地球電離層作為外導體，利用環繞地球表面的電磁波來傳輸能量。1899 年，他進行了大型的無線輸電試驗。不過，他沒有考慮到潮濕的地面及海水帶來的巨大傳輸損耗，這套方案因為傳輸效率過低而未能落地。

1968 年，科學家設想在太空建造太陽能電站，并通過相應的裝置將光伏面板轉化的直流電以微波或激光的形式，傳輸到位于地表的接收站，接收站再將能量轉換成相應的電能，并輸入電網。微波能順利穿透云霧，不受天氣限制地向地球輸電。

不久就能用上“太空電”

由于技術和資金等問題，空間太陽能電站的研發工作一度停滯。近年來，在化石能源危機和化石能源燃燒引起氣候變化的雙重壓力下，不少發達國家又重新投入資金和人力，開展空間太陽能電站關鍵技術研究。2007 年，美國科學家宣布，他們利用無線輸電技術，成功點亮了一個距離電源2 米的60 瓦特燈泡。2008 年，日、美科學家共同實現了140 千米、20 瓦特的長距離無線供電。

我國也早就建成了兩個相應的實驗基地。其中一個是重慶璧山空間太陽能電站實驗基地（簡稱璧山基地），另一個是西安 “全鏈路空間太陽能電站地面驗證系統”。

璧山基地的初期實驗工作是搭建一個能夠升空500 米的氣球陣，其上配有光伏發電面板和微波輸電設備，目的是在低空驗證空間太陽能電站的可行性。預計到2025 年，璧山基地能夠接收平流層電站（距離地表22 千米）傳回的能量。

空間太陽能電站的最終目標是為地面設施提供靈活、廉價的電力，其中不僅包括傳統供電網難以覆蓋的偏遠山區、海島和斷電災區，還包括在地面快速移動的電動汽車。中國空間探測科學家龐之浩表示，如果我國建成空間太陽能電站，公路上行駛的電動車或能隨時隨地充電，不再有“趴窩”之憂。

同時，空間太陽能電站能為航天器供電，未來的衛星等航天器也許可以擺脫碩大的太陽能電池翼。不僅如此，空間太陽能電站在未來還能助力更多的深空探測任務，為此類任務提供能源。

面對日漸緊迫的能源危機，以及使用化石能源導致的溫室效應、環境污染等問題，世界各國都在積極尋找方便、清潔的新能源。在可控核聚變投入使用之前，太陽能將是解決能源問題的重要出路，而發展空間太陽能電站則是高效利用太陽能的有效途徑之一。化石燃料燃燒產生的大量碳排放引起全球氣候變暖，臺風、龍卷風等惡劣氣象的發生頻率也隨之升高。龐之浩解釋說，空間太陽能電站的巨大能量可以擾亂臺風等熱帶氣旋的溫度分布，破壞其形成過程，相當于收拾化石燃料燃燒造成的“爛攤子”。

空間太陽能電站能為地面設施和航天器提供源源不斷的能源