太空超级太阳能发电站的设计概要.docx

太空超级太阳能发电站的设计 引言 这次全球遭遇的是金融危机而并非石油危机，但以美国为首的发达国家却 把新能源发展提升到了前所未有的高度，对新能源的投入呈现加速之势。 2009 年 4 月初美国能源部长朱棣文在《新闻周刊》上撰文，呼吁美国“放弃石 油”，“掌握自己的能源命运”，为新能源开发造势。奥巴马政府希望借助能源新政的指引极大地促进美国经济转型。这不仅会创造一个全新的能源大产业，而且将增加数百万就业岗位，从而扭转美国经济下滑的局面。美国希望并且认定未来将美国送达世界经济制高点的产业就是新能源产业。奥巴马在就职演说中也透露了美国的能源新政之一就是抑制石化能源价格上涨，“不这样做就会助长了我们的敌对势力，同时也威胁着我们的星球”。由此可见，谁能在新能源战略竞争中取得优势，谁就可以在下一场产业革命中继续充当世界科技创新的“领跑者”、经济发展的火车头以及国际新标准的制定者。 本文仅就新能源中的太阳能发电技术的动向做一个预测。其一，关键光伏 器件的价格将进一步降低，从上世纪 50 年代初的 1 500 美元 /W 降至 1 美元 /W 左右（现行价格为 4 美元 /W）；其二，是将太空技术、微波技术和光伏技术结 合；其三，是我国将加大新能源发展的力度，在 GDP增长的城市规划中会单列一块，即“新能源在 GDP增长中的贡献”，且逐步解决分布式供电网问题。 太阳能发电与微波输电计划 1.1 宇宙太阳能发电 太阳表面的温度约为 2 伊 107 益，它所释放的能量为 1 伊 1024 kW。其中，地球有可能利用的能量为 1.8 伊 1014 kW，若以地球表面来平均，则可利用的能量达 183 W/m2（日照总量为 1 400 W/m2）。 除上述在地表可获取的能量外，人们还可以从空中捕获太阳能量， SSPS计划就是基于此为出发点的。 最初的设想是从 1973 年到 1984 年底为基础研究阶段，到 1992 年底试制概念样机，并开始试制实用装置，到 1998 年给出可投入实际运行的太阳能光伏发电和微波发送接收装置。 作为 21 世纪的新能源系统，核聚变发电系统和软能源系统是有希望的。 在软能源系统中，宇宙太阳能发电系统（ SSPS）非常引人注目。 如果把宇宙太阳能发电系统的发展过程进行分类，大致可分为五个阶段。 第一阶段是设想时期。美国空军雷神公司在 1967 年成功地进行了通过微波向模拟直升机提供电力的试验，这一试验连续进行了 10 h ，成功地使直升机维持了 18 m 的高度。这是世界上首次进行的电力微波传输试验。 第二阶段是美国航天局开始对宇宙太阳能发电系统进行立项。美国航天局 同能源部在从 20 世纪 70 年代后半期到 20 世纪 80 年代前半期的 10 年左右的 时间里，正式进行了宇宙太阳能发电系统的开发与研究。代表这一研究成果的 系统是 1979 年研制的宇宙太阳能发电系统。这一系统是在高度为 3.6 伊 104 km的卫星静止轨道上建设装有宽 5 km、长 10 km 的巨大太阳能电池的太空站，并把产生的电力变换成微波后传输到地面。据说，预计该宇宙太阳能发电系统的发电能力为 5 GW。 第三阶段是美国继续研究能否实现比较经济的宇宙太阳能发电系统的问题，并每隔 10 年做一次报告。 第四阶段是用新概念、新思路研究宇宙太阳能发电系统的时期。其中，具 有代表性的、高度为 6 000 km 的“太阳塔型宇宙太阳能发电系统”受到好 评。其传输微波的频率为 2.45 耀 3.5 GHz，这满足了家用微波炉所需要的微波 条件。 第五阶段是概念设计时期，美国航天局根据国会的要求，在 1998 年3 月 耀 9 月，基于以前的研究成果，实施了宇宙太阳能发电系统的概念设计。 日本宇宙开发事业团、欧洲航天局和加拿大航天局也提出了应通过国际合作尽快解决的事项：研究主要的核心技术；进行大气中的无线供电试验；调查微波发射对生态系统所产生的长期影响；通过国际空间站进行宇宙太阳能发电系统试验；以宇宙太阳能发电系统为契机，制定旨在开展新能源开发的国际合作。 宇宙开发事业团计划在今后 25 年内投入约 800 亿美元，进行宇宙太阳能 发电系统研究与开发工作。根据这一计划，拟在 2010 年耀 2020 年构筑发电能力为 1 GW级的实用型宇宙太阳能发电系统。此外，不仅进行上述基础技术和核心技术的研究与开发，而且将向围绕地球运行的轨道发射发电能力为 6 GW 的 宇宙太阳能发电系统卫星，并通过微波从太空向地面传输电力，还将进行电离层和大气层的同传播特性有关的试验性研究。 如果计划进展顺利，那就等于是构筑了比快中子增殖反应堆和核聚变反应堆更能迅速实用化的技术，因而值得关注。 1.2 SSPS 计划概述 若干年前就有人设想过从遥远的地方利用微波来输电，