“太空三峡”将成真?发电效率是地面14倍,电能如何传回地球?

“太空三峡”将成真?发电效率是地面14倍,电能如何传回地球?

继“人造太阳”后,中国科学家又准备造“太空三峡”,在太空中利用太阳能发电,“太空三峡”能成吗?电力又如何传回地面呢?

向太阳要能源,是人类解决能源危机最便捷的途径,科学家测算,如果在太空中通过光伏发电,效率是地面10倍。如此巨大的能量来源,完全可以造一个“太空三峡”,满足人类对电力的需求。美国科学家推测,太空电站建成后能满足美国半年的电力需求,为此美国提出过修建太空电站的计划。现如今,美国人的设想,又被我国变成了现实

石化能源的不可再生性,导致人类对能源危机的担忧与日俱增,为了找到可持续利用的能源,人类发明了水电、风电、核电及光伏等绿色新能源,还有我国科学家正在大力研究的“人造太阳”项目。但其实,我们头顶的太阳,就是最大最优质的新能源供给基地

据美国科学家推测,地球上现有的光伏发电技术,只利用了太阳光中很小的一部分能量,因为阳光到达地面之前,会受到空气过滤和散射。按照目前的光伏发电水平,一平方米光伏板产生的电能不超过1千瓦。而如果把同样面积的光伏板放到大气层外,大约能产生14千瓦电能,两者相差14倍之多

很久之前,科学家们就设想过在太空中利用太阳能发电,美国也做过类似实验。二十世纪70年代,美国推出了一个“太空发电站”计划,就是想利用太空中的太阳能发电。但受制于当时的科技水平和技术条件,这一计划最终胎死腹中。

直到近些年来,中国开始启动类似项目。2013年底,多位院士联名提起的《关于尽早启动我国太空发电站关键技术研究的建议》获得批复,中国空间太阳能电站正式立项。2017年,我国成立空间太阳能电站推进委员会,2018年12月23日,我国成功举办“空间太阳能电站系统项目”启动仪式暨高峰论坛,最终把这个项目命名为“逐日工程”

2022年6月,“逐日工程”由设想逐步变为现实,重庆璧山地区开建间太阳能发电站,成为该工程的首个空实验基地,初步预计在2069年,实现太空与地面之间的电力传输。到那时,中国人就能用上来自太空的电力。

我国从2022年开建试验基地,到预计2069年传回电力,中间也隔着近50年时间,而这依然是全球独一份。美国最初提出设想到最后彻底放弃,其他国家则直接连尝试的想法都没有,难道他们觉着太空太阳能发电不香吗?

其实,还真不是其他国家看不上这个项目,而是完全没能力搞,归根结底还是“臣妾做不到啊”。那太空电站到底难在何处呢?

首先,光伏板必须质量过硬。就目前全球的光伏发电技术而言,中国妥妥的是世界老大。2022年9月,来自“大力发展新一代信息技术产业”发布会的数据称,中国光伏产业各类组件产量占据全球70%,连续9年位居世界首位

美国一直嚷着要摆脱中国,对我国光伏产品加征高额关税,然后自己产能不足,只好从二道贩子越南手中,大量进口中国光伏产品。地面上没有任何国家的光伏产品可以和中国抗衡,在太空中自然就更没希望了。

太空中环境恶劣,存在大量辐射和太空垃圾,任何一项都要求放置在太空的光伏板必须质量过硬。目前还没有哪个国家真正生产出可以在太空中使用的光伏板,如果未来有国家能生产出来,那必定是中国,毕竟中国的技术储备最雄厚

其次,要有靠谱的太空发射技术。光伏板只有发射到大气层之外,才能避免空气对太阳光的干扰,这就要求强大的太空发射技术。目前世界上,能随意发射火箭的国家也只有中美俄三国而已,欧盟充其量算半个,毕竟它大部分时间都靠美俄帮衬,才能把自己的卫星发射升空。

目前,我国历经多次发射任务,已经完成了天宫空间站的建设任务,太空发射技术有目共睹。接下来,我国还将开启载人登月并建立月球基地,这都会大力推动我国运载火箭技术快速进步。到时有了这些大推力火箭的支撑,或者是可重复使用的航天器投入使用,搭建太空光伏电站必将是小事一桩。

长征系列总设计师龙乐豪在香港大学演讲时透露,我国正在研发并计划于2030年投入使用的长征九号运载火箭,会用于“太空太阳能发电系统”建设工作,预计2030年将建成兆瓦级发电站,2050年实现千兆瓦级发电能力。

在太空中利用太阳能发电很美好,但电力传不回地球,一切都是白忙活。想要像地球上一样用电缆传输,那根本是不可能的,就目前的技术而言,最好的方式就是微波传输,这相当于微波炉的逆运用。

太空电站发电之后,通过技术手段把这些电力转换成微波,然后在地面建设接收装置,再把微波转换成电力。这一技术最大的问题的在于能量损耗,而这方面,我国科学家正在努力攻关。

2018年,中国空间技术研究院钱学森空间技术实验室就开始研究类似方案。2022年6月,西安电子科技大学段宝岩院士率领团队,研发的全球首个全链路全系统空间太阳能电站地面验证系统顺利通过验收,该系统中实验的微波无线传输效率世界领先

科学从来都是遇到困难解决困难,我国科技工作者们的的不懈努力,必将助推我国成为世界上首个用上太空电力的国家。到时我国在太空中再造一个“三峡”,必将能更加从容地应对能源危机,再加上正在研究的“人造太阳”项目,未来中国必将率先摆脱石化能源束缚,引领各国实现新能源切换,创造更美好的人类家园

作者:芒果很忙

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