空(kong)間(jian)太陽能發電站(zhan)(藝術(shu)圖)。圖片來源：世(shi)界經濟(ji)論壇網

       ;                   加州理工(gong)學(xue)院(yuan)研制(zhi)出的空間太陽能電(dian)池板。圖(tu)片(pian)來源：加州理工學院

科技創新世界潮

據世(shi)界經(jing)濟論壇(tan)網近日報道，英國政府正考(kao)慮投資160億(yi)英鎊，建設(she)空(kong)間太陽能(neng)電(dian)站。空(kong)間太陽能(neng)電(dian)站是(shi)英國政府“凈零創新組合(he)”項目(mu)將(jiang)投資的技術(shu)之一(yi)，被(bei)視為可助英國到2050年實現凈零排放的潛在(zai)措施之一(yi)。

美(mei)國加州理工學(xue)院科學(xue)家也正(zheng)在開展一項具有先鋒(feng)性(xing)的“空(kong)(kong)間(jian)太陽(yang)能發(fa)電項目”，而且(qie)美(mei)國海軍研究(jiu)實(shi)驗室2020年在太空(kong)(kong)測試了太陽(yang)能模塊和(he)能量轉化系統。此外，中國也在建造自己的空(kong)(kong)間(jian)太陽(yang)能發(fa)電站。

那(nei)么(me)，太空中的(de)太陽能發電站將(jiang)如何運(yun)作，能帶來哪(na)些好處，又面(mian)臨(lin)哪(na)些挑(tiao)戰呢(ni)?

優點多多

據世界經濟論壇網報道，到2050年，全球能源需求預計將增長近(jin)50%。

位于軌道上(shang)(shang)的空間太(tai)陽(yang)能(neng)(neng)(neng)電(dian)站一(yi)天24小(xiao)時(shi)都可(ke)以接收太(tai)陽(yang)光，因此可(ke)以持續發(fa)電(dian)，這比地球上(shang)(shang)的太(tai)陽(yang)能(neng)(neng)(neng)發(fa)電(dian)系統更具優(you)勢——后者只能(neng)(neng)(neng)在白天發(fa)電(dian)，并且受天氣影響。因此，空間太(tai)陽(yang)能(neng)(neng)(neng)發(fa)電(dian)可(ke)能(neng)(neng)(neng)是幫助滿足全(quan)球能(neng)(neng)(neng)源部門日(ri)益增(zeng)長的需(xu)求(qiu)和應(ying)對全(quan)球氣溫上(shang)(shang)升(sheng)的關鍵。

空間(jian)太陽(yang)(yang)能(neng)(neng)(neng)發電(dian)(dian)(dian)需要在(zai)太空收集(ji)太陽(yang)(yang)能(neng)(neng)(neng)并將其傳(chuan)送(song)到(dao)地(di)(di)球上。為(wei)(wei)此，空間(jian)太陽(yang)(yang)能(neng)(neng)(neng)發電(dian)(dian)(dian)系統需要一(yi)(yi)顆太陽(yang)(yang)能(neng)(neng)(neng)衛星(xing)，即一(yi)(yi)臺(tai)裝有太陽(yang)(yang)能(neng)(neng)(neng)電(dian)(dian)(dian)池板的巨型航天器。這(zhe)些電(dian)(dian)(dian)池板可(ke)以發電(dian)(dian)(dian)，然后通過高頻(pin)無(wu)(wu)線(xian)(xian)(xian)電(dian)(dian)(dian)波將能(neng)(neng)(neng)量無(wu)(wu)線(xian)(xian)(xian)傳(chuan)輸到(dao)地(di)(di)球，而(er)一(yi)(yi)種名(ming)為(wei)(wei)硅整流二(er)極管天線(xian)(xian)(xian)的地(di)(di)面天線(xian)(xian)(xian)將把無(wu)(wu)線(xian)(xian)(xian)電(dian)(dian)(dian)波轉換成電(dian)(dian)(dian)力(li)，再將其傳(chuan)送(song)至電(dian)(dian)(dian)網。

前景可期

利用漂浮(fu)在太空中的巨型太陽能(neng)發電站向地球發射大量能(neng)量，這聽起來(lai)像科(ke)(ke)幻(huan)小(xiao)說——20世紀(ji)20年代，俄羅斯(si)科(ke)(ke)學家康(kang)斯(si)坦丁·齊(qi)奧爾科(ke)(ke)夫斯(si)基(ji)首次提出了這個(ge)(ge)設想。在很長一(yi)段時間里(li)，它成為作(zuo)家們的靈感來(lai)源。1941年著名科(ke)(ke)幻(huan)作(zuo)家艾薩克·阿西莫(mo)夫發表的短(duan)篇(pian)小(xiao)說《推理》，就(jiu)描述了這樣一(yi)個(ge)(ge)能(neng)收集太陽能(neng)、并通(tong)過微波向行星傳遞能(neng)量的空間站。

此(ci)后，基(ji)于太空的太陽能利用就成(cheng)為一(yi)個長(chang)盛不衰(shuai)的想法，而最近的技(ji)術(shu)進(jin)步使科學(xue)家們對其前景更(geng)為樂觀。這些(xie)技(ji)術(shu)包括輕型太陽能電池、無限能量傳(chuan)輸和太空機器人(ren)技(ji)術(shu)等(deng)。

建造空間(jian)太陽能(neng)發電(dian)(dian)站首先需要解決(jue)的是太陽能(neng)電(dian)(dian)池板(ban)的重(zhong)量(liang)問題，不過，這(zhe)(zhe)已經通(tong)過開發超(chao)輕太陽能(neng)電(dian)(dian)池得到了(le)(le)解決(jue)。2017年，美國加州理(li)工學(xue)院的研究人員(yuan)提出了(le)(le)一個模塊(kuai)化發電(dian)(dian)站的設(she)計，該發電(dian)(dian)站由數千塊(kuai)超(chao)輕型太陽能(neng)電(dian)(dian)池瓦組成(cheng)。它是迄今為(wei)止最輕的集成(cheng)多功能(neng)原型機，能(neng)夠收集陽光(guang)，將其(qi)轉換成(cheng)射頻電(dian)(dian)能(neng)，然后以受(shou)控光(guang)束無線(xian)傳輸(shu)這(zhe)(zhe)種能(neng)量(liang)。

另外(wai)，空(kong)間(jian)太陽(yang)能電(dian)(dian)站基于(yu)模塊(kuai)化(hua)設計，大(da)量太陽(yang)能組(zu)件可由機器人在軌道上組(zu)裝(zhuang)而成。此外(wai)，把所有這(zhe)(zhe)些組(zu)件運入(ru)太空(kong)難度大(da)、成本(ben)高，但(dan)像(xiang)美國太空(kong)探(tan)索技術(shu)公司(SpaceX)這(zhe)(zhe)樣的(de)(de)公司正在努(nu)力改(gai)變這(zhe)(zhe)種(zhong)狀況，其研制(zhi)出的(de)(de)“獵(lie)鷹”火(huo)箭可重復使(shi)用，功能更(geng)強大(da)的(de)(de)“星艦”火(huo)箭也即將(jiang)進入(ru)關(guan)鍵的(de)(de)試(shi)飛階(jie)段，有望大(da)大(da)降低空(kong)間(jian)發電(dian)(dian)成本(ben)。

仍有挑戰

弗雷澤(ze)-納什咨詢(xun)公(gong)司最近的一份(fen)報告認為，英(ying)國投(tou)資100多億(yi)英(ying)鎊建設空(kong)間太(tai)陽(yang)(yang)能電站是可行的。該(gai)項目預計將(jiang)從規(gui)模(mo)試(shi)驗(yan)開始(shi)，2040年建成并投(tou)入使用。屆時這顆太(tai)陽(yang)(yang)能衛星(xing)的直徑將(jiang)達(da)到1.7公(gong)里(li)，重約2000噸。地面天線(xian)的面積(ji)約為87平(ping)方公(gong)里(li)。

據美(mei)國消費(fei)者新聞與商(shang)業(ye)頻道(dao)網站(zhan)(zhan)報道(dao)，中國正在考慮建(jian)(jian)設太(tai)陽(yang)能(neng)(neng)發(fa)電(dian)站(zhan)(zhan)的計(ji)劃，包括在2021年至2025年建(jian)(jian)設中小規模平流層太(tai)陽(yang)能(neng)(neng)電(dian)站(zhan)(zhan)并發(fa)電(dian);2025年后開始大規模空(kong)間太(tai)陽(yang)能(neng)(neng)電(dian)站(zhan)(zhan)系統相關(guan)工作。根(gen)據有(you)關(guan)專家(jia)組論證建(jian)(jian)議，中國應力爭在未來十余年完(wan)成空(kong)間超高壓發(fa)電(dian)輸電(dian)及無線能(neng)(neng)量傳輸試驗驗證，實現“2030年開始建(jian)(jian)設兆瓦級(ji)空(kong)間太(tai)陽(yang)能(neng)(neng)試驗電(dian)站(zhan)(zhan)，2050年前具(ju)備建(jian)(jian)設吉(ji)瓦級(ji)商(shang)業(ye)空(kong)間太(tai)陽(yang)能(neng)(neng)電(dian)站(zhan)(zhan)的能(neng)(neng)力”的中、遠期目(mu)標(biao)。

但世界經濟論(lun)壇網的報(bao)道指出，即使我們(men)(men)成(cheng)功建造了一個空(kong)(kong)間太陽能(neng)電站(zhan)，其運行(xing)也面臨若干實際挑戰，例如太空(kong)(kong)碎片可能(neng)會(hui)破壞太陽能(neng)電池(chi)板。太空(kong)(kong)碎片是廢(fei)棄(qi)的運載火箭或航天(tian)器(qi)部件，它們(men)(men)在(zai)地球上空(kong)(kong)數百(bai)公(gong)里(li)處漂浮，由于太空(kong)(kong)碎片以25266公(gong)里(li)/小時的極快速(su)度(du)在(zai)近地軌道上飛行(xing)，因此一旦發(fa)生(sheng)碰(peng)撞，可能(neng)會(hui)對衛星或航天(tian)器(qi)造成(cheng)嚴(yan)重破壞。

另一個(ge)問(wen)題是，從太陽能(neng)衛星向地(di)面傳(chuan)輸能(neng)量(liang)難度很大，科學家們需要提(ti)高無線能(neng)量(liang)傳(chuan)輸的效(xiao)率，按(an)照現有(you)(you)技術，收(shou)集到的太陽能(neng)只有(you)(you)一小部分可到達地(di)球。

報(bao)道(dao)還指(zhi)出，空(kong)間太(tai)陽(yang)能(neng)(neng)發(fa)(fa)電能(neng)(neng)否幫助英國在(zai)(zai)2050年前實現凈零(ling)排放還有待觀察，但盡管存在(zai)(zai)上(shang)述挑戰，空(kong)間太(tai)陽(yang)能(neng)(neng)發(fa)(fa)電未來仍(reng)有可能(neng)(neng)夢想(xiang)成真，在(zai)(zai)全球能(neng)(neng)源供應中發(fa)(fa)揮重(zhong)要作(zuo)用(yong)。