空間太陽(yáng)能電站的構想正在逐步變?yōu)楝F實(shí)。在近日召開(kāi)的2021年空間技術(shù)和平利用（健康）國際研討會(huì )空間動(dòng)力和地面能源論壇上，與會(huì )專(zhuān)家一致認為，空間太陽(yáng)能電站有可能為應對世界能源危機提供一種環(huán)保的解決方案，再過(guò)10-15年，空間太陽(yáng)能相關(guān)技術(shù)研究將會(huì )取得突破。

當前，空間太陽(yáng)能電站研究主要聚焦在哪些領(lǐng)域，空間太陽(yáng)能電站建設還需要破除哪些障礙？

全球研發(fā)提速

空間太陽(yáng)能電站是上世紀60年代，美國科學(xué)家提出的一項太陽(yáng)能利用方案：通過(guò)衛星從太空捕集太陽(yáng)能、轉換成微波能量，以一種安全、穩定的無(wú)線(xiàn)能量傳輸方式傳到地面站，通過(guò)地面站把接收的微波能量轉化為電能后接入電網(wǎng)。

經(jīng)過(guò)50多年的發(fā)展，空間太陽(yáng)能電站離我們越來(lái)越近。國際宇航科學(xué)院秘書(shū)長(cháng)讓·米歇爾·康坦告訴記者：“為了實(shí)現不受季節、晝夜變化等影響的太陽(yáng)能發(fā)電，我們進(jìn)行了很多研發(fā)和測試，研究如何使用地球之外的清潔能源。目前，空間太陽(yáng)能電站概念已經(jīng)在現實(shí)中得到了重要發(fā)展?！?/span>

記者采訪(fǎng)獲悉，空間太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)（SPS）吸引了中國、美國、日本、韓國、英國、俄羅斯、法國、澳大利亞、歐空局等國家和組織的興趣。美國在上世紀70年代提出第一個(gè)空間太陽(yáng)能電站系統方案概念——1979SPS基準系統，2012年提出了“任意大規模相控陣式空間太陽(yáng)能電站”；日本將發(fā)展空間太陽(yáng)能電站正式列入宇宙基本計劃，在微波無(wú)線(xiàn)能量傳輸技術(shù)領(lǐng)域的研究世界領(lǐng)先，規劃在2050年后建設商業(yè)化空間太陽(yáng)能電站；英國進(jìn)行技術(shù)及經(jīng)濟性評估后，于今年9月正式發(fā)布了《國家空間戰略》，明確提出應當發(fā)展空間太陽(yáng)能電站，為英國提供一種潛在的零排放能源。

“中國在空間太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)相關(guān)研究中提出了創(chuàng )新的多旋轉關(guān)節以及球型能量收集陣列等空間太陽(yáng)能電站方案，同時(shí)在無(wú)線(xiàn)能量傳輸等關(guān)鍵技術(shù)方面取得了重要的進(jìn)步。如今我們研究的薄膜太陽(yáng)能電池可應用在空間太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)當中，發(fā)電效率可達30%?！睋袊詈綄W(xué)會(huì )空間太陽(yáng)能專(zhuān)業(yè)委員會(huì )主任委員李明介紹，目前，我國正在建設兩個(gè)實(shí)驗基地，一個(gè)是2018年開(kāi)始在重慶建立的“空間太陽(yáng)能電站實(shí)驗基地”，預計2022年7月完成基礎設施建設；另一個(gè)實(shí)驗基地是在西安建立的“空間太陽(yáng)能電站全鏈路地面演示驗證系統”。

我國空間太陽(yáng)能電站研究實(shí)現了從“跟跑”到“并跑”。按照我國專(zhuān)家提出的空間太陽(yáng)能電站發(fā)展建議，2025年，我國將開(kāi)展中小規模浮空器能量傳輸試驗，此后將逐漸開(kāi)展空間太陽(yáng)能電站關(guān)鍵技術(shù)在軌驗證工作，2035年開(kāi)始建設兆瓦級空間太陽(yáng)能試驗電站。

挑戰大于機遇

在業(yè)內人士看來(lái)，隨著(zhù)可重復運載技術(shù)的發(fā)展大幅降低發(fā)射成本，空間太陽(yáng)能電站先進(jìn)方案設計和關(guān)鍵硬件技術(shù)取得突破，制約空間太陽(yáng)能電站發(fā)展的技術(shù)經(jīng)濟障礙有望克服，“不過(guò)，目前挑戰仍大于機遇?！?/span>

“美國和世界其它地區都在研究可重復使用的低成本發(fā)射裝置，未來(lái)的成本可降低90%，遠低于傳統的運載火箭。此外，隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，未來(lái)航天器硬件成本也有望降低90%。這些研究表明，過(guò)去一直阻礙空間太陽(yáng)能電站事業(yè)的成本障礙基本消除?！眹H宇航科學(xué)院十年空間太陽(yáng)能評估主席、國際宇航聯(lián)合會(huì )空間能源委員會(huì )主席約翰·曼金斯表示。

“技術(shù)上的挑戰主要來(lái)自三個(gè)方面?！崩蠲鞲嬖V記者，“一是無(wú)線(xiàn)能量傳輸。地球同步軌道對地面進(jìn)行無(wú)線(xiàn)能量傳輸要求高功率、高效率和高精度。我們已在地面上做了很多實(shí)驗，目前的能量傳輸精度可達到約0.1度，但仍然還有很長(cháng)的路要走，因為實(shí)際要求是0.0005度。二是空間高功率發(fā)電及電力傳輸管理，在空間開(kāi)展高壓、高功率、遠距離的傳輸，對現有的技術(shù)來(lái)說(shuō)均是巨大的挑戰。三是電站的組裝與控制。由于空間太陽(yáng)能電站不能直接發(fā)射，需要把模塊發(fā)射到軌道，在太空中進(jìn)行部署和組裝?！?/span>

在業(yè)內人士看來(lái)，效率是空間太陽(yáng)能電站應用最核心的問(wèn)題，總效率必須要達到10%以上，才具備實(shí)用價(jià)值。提升三個(gè)環(huán)節的效率是未來(lái)研究的關(guān)鍵：一是太陽(yáng)能轉化成電能再轉化為微波；二是微波從36000公里的高度傳輸到地面，這中間有一些空間傳輸的損失；三是地面電站接收微波后，轉化成直流電。提升這三個(gè)環(huán)節的效率，是未來(lái)研究的關(guān)鍵。

標準尚待制定

業(yè)內人士認為，除了技術(shù)和經(jīng)濟性以外，空間太陽(yáng)能電站的發(fā)展還涉及到許多政策、法律和標準問(wèn)題?！翱臻g太陽(yáng)能電站采用的頻率如何確定，允許的微波功率密度是多少，如何考慮無(wú)線(xiàn)能量傳輸的安全性以及不對其他設施造成干擾，空間太陽(yáng)能電站的軌道參數以及互聯(lián)方式等諸多標準尚需明確?！庇鳩razer-Nash咨詢(xún)公司太空業(yè)務(wù)負責人、空間能源倡議聯(lián)合主席馬丁·索爾陶表示。

另外，如何保證空間太陽(yáng)能電站不會(huì )產(chǎn)生太空垃圾，報廢時(shí)間如何確定，報廢后怎么來(lái)處理等，均需國際標準化組織制訂標準。

為了達到零碳排放的目標，世界對于發(fā)展新型清潔能源的需求日益迫切，隨著(zhù)航天技術(shù)的快速進(jìn)步，空間太陽(yáng)能電站作為一種新型太陽(yáng)能大規模開(kāi)發(fā)方式正在迎來(lái)良好的發(fā)展機遇，未來(lái)10-20年，將成為關(guān)鍵技術(shù)突破和實(shí)現應用的重要時(shí)期。

 （文章來(lái)源：中國能源報）