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【观点】空间太阳能电站引新技术革命

来源: 中电新闻作者: 栗清振 日期: 11.09.07
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本网记者 栗清振

  “空间太阳能电站的建设将从根本上改变人类利用和获取能源的方式,将会带来新能源、新材料、光电、电力技术等多个科学技术领域的重大创新,可能会引发一场新的技术革命。”8月28日,中国科学院院士王希季在第四届中国能源环境高峰论坛上表示,大规模开发利用空间太阳能,将极大地提高经济发展速度和质量,可能会引起经济基础的飞跃,而导致新的技术革命甚至产业革命。

  在国际能源短缺和环境变化的情况下,空间太阳能电站作为一种重要的解决人类长期生存与发展的可再生能源方式,已得到了世界许多国家的广泛关注与研究。与会专家认为,随着能源与环境问题的日益严重,对加快空间太阳能电站技术的发展提出了强烈的需求,空间太阳能电站将有可能成为人类未来可再生能源中的一个重要组成部分,而且航天领域的快速发展为空间太阳能电站的发展提供了较好的技术基础。

  我国目前还未投入商业运营

  世界各国都在大力寻求和发展新的、清洁的能源,开发可再生能源。在所有可再生能源中,太阳能是最丰富、最清洁的。充分利用太阳能可能会成为解决人类长期能源和环境问题的最终答案。

  目前,美国、日本、俄罗斯等国家都提出了自己的国际空间太阳能电站的构想,预计投资  发展空间太阳能电站受质疑

  “我国已成功地发射了100多颗卫星和7艘飞船。未来10年左右将要建设70吨级的空间站设施,这为空间太阳能电站发展带来机遇。”李明说。我国是世界上少数几个掌握航天技术的国家,也是仅有的三个能够独立开展载人航天的国家之一。我国空间技术和空间工业基础的发展,将为我们进一步利用开发空间资源开辟新的空间,使我国在空间太阳能发电涉及的空间资源分配和国际市场上拥有一席之地。

  目前,我国的地面太阳能电站发展迅速,2010年,我国太阳能光伏发电容量为80万千瓦,太阳能热水器面积有1.68亿平方米。国家“十二五”规划提出,2015年太阳能光伏发电容量要达到1000万千瓦,2020年要达到2000万千瓦。

  不过,由于地面太阳能的实际接受的辐射只有太空的1/5,加上经常因为天气因素导致无法接受太阳能,因此地面太阳能电站的实际效果大打折扣。相比而言,太空电站99%的时间可以稳定接受太阳能辐射,而且接受的辐射是地面的5倍以上。

  “近期墨西哥湾漏油以及日本核电站发生的重大事故,加剧了人们对传统能源的担心。

  而水电和风电都存在不稳定的特点,相比之下,太阳能才是人类最可信赖的能源方式。”李明在会上表示。

  有专家对发展空间太阳能电站的可行性提出质疑。成本问题是制约空间太阳能电站发  数百亿美元,建立100万千瓦的商业性装机电站,在2030~2040年投入使用。

  不过,过去40年,太空电站计划在其他国家并无实质性的进展,主要原因是发射技术难以突破。比如一个5吉瓦的空间太阳能电站的质量(按照1979年参考,需要3~5万吨),即相当于人类50多年来发射的所有航天器(6000多颗)的总和。

  “目前全球多个国家均在研发空间太阳能应用技术,中国也取得了一定的进展,但由于多种原因,目前尚没有投入商业运营。”中国空间技术研究院副院长、研究员李明表示。

  在总结我国几十年来对空间太阳能电站开展跟踪研究成果的基础上,专家提出了我国空间太阳能电站发展的步骤及建议,概括起来主要分为四个发展阶段。

  第一阶段:2011~2020年,开展空间太阳能电站系统方案详细设计和关键技术研究,进行关键技术验证。第二阶段:2021~2025年,进行低轨道系统试验验证。第三阶段:2026~2040年,在低轨关键技术验证的基础上,进一步研究经济上和技术上更为可行的空间太阳能电站系统方案和关键技术,突破关键技术,进行地球同步轨道相关试验。第四阶段:2036~2050年,实现空间太阳能电站商业运行。

  作为未来的长远发展的大工程,国家将鼓励私营企业参与空间太阳能电站的研究发展,加强国际合作。在政府、研究机构和企业层面,与国际空间太阳能电站发展较快的国家开展广泛、深入的合作。 

  发展的主要因素。李明举例分析,1吉瓦的空间太阳能电站,按照30年寿命设计,总发电量为2400亿千瓦时,但是以目前的造价看,需要2600亿元人民币。即使按照每千瓦时1元计算,仍入不敷出。

  不过,在王希季看来,建设空间太阳能电站的意义不能仅仅按照上述成本来测算,开发利用轨道空间站的太阳能资源,关键在于实现了能源技术的新突破。

  空间太阳能的发展还是有一定的技术制约。李明举例分析,以1吉瓦的空间太阳能电站为例,需要10平方千米的空间太阳能光伏板,其重量约相当于3000吨~4000吨,而这个重量相对于当前的火箭发射技术尚有难度。

  李明介绍,目前最大的在轨物体为美国的国际空间站,其重量也不过400吨左右。而我国目前的火箭发射重量也不大,按照4000吨的重量,则需要发送50次以上,之后的空间组装技术也是一大难题。

  目前,我国每年发射的卫星重量加起来也才只有100吨左右。而发射1个百万千瓦的电站的重量则有上万吨。即使使用新的材料,质量降低到1/10,也需要完成数千吨航天器部件的研制、发射、在轨组装和测试。

  从长远、可持续发展的角度看,利用新的、清洁的、取之不竭的太阳能在地球同步轨道上发电,建设空间太阳能电站,以无线电力传输方式向地面供电,替代现在的以燃油、燃气和燃煤为主的发电和有线电力传输方式,是一条长期可持续发展、应对全球能源危机和气候变暖的有效途径。

责任编辑:李嘉  投稿邮箱:网上投稿

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