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“太空三峽”要來(lái)了！中國(guó)太空光伏電站計(jì)劃提前兩年

返回列表 來(lái)源：科技每日推送發(fā)布日期： 2022.11.10 瀏覽次數(shù)：

光伏電站建到太空上了！

劉慈欣在他的科幻小說(shuō)《中國(guó)太陽(yáng)》中，構(gòu)想了這樣一個(gè)裝置：一個(gè)在太空中的巨大鏡子，能夠通過(guò)反射太陽(yáng)光調(diào)節(jié)區(qū)域氣候。

最近，這個(gè)科幻作家腦海里的太空光伏電站，要變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)了！

6月21日消息，西安電子科技大學(xué)段寶巖院士帶領(lǐng)的“逐日工程”，全鏈路、全系統(tǒng)的空間太陽(yáng)能電站地面驗(yàn)證系統(tǒng)通過(guò)驗(yàn)收，這個(gè)時(shí)間比原定的技術(shù)路線(xiàn)節(jié)點(diǎn)提前了近三年。

最終將計(jì)劃在距離地球表面3.6萬(wàn)公里的高空，建造“太空三峽”。

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太空三峽

據(jù)中國(guó)火箭的開(kāi)發(fā)相關(guān)人員，中國(guó)為了在靜止軌道上建設(shè)太空光伏電站系統(tǒng)，正準(zhǔn)備利用新的超重量級(jí)的火箭發(fā)射的計(jì)劃。

預(yù)計(jì)2030年發(fā)射的“長(zhǎng)征9號(hào)”是中國(guó)目前正在開(kāi)發(fā)的，重量約878噸，全長(zhǎng)約57米的超重型火箭。 該火箭的載重量在高度約2,000公里的地球低軌道(LEO）可載重140 ~ 150噸，投入月球轉(zhuǎn)移軌道（TLI)時(shí)可載重50 ~ 53噸。

與2020年11月中國(guó)發(fā)射的月面探測(cè)器“嫦娥5號(hào)”的約8.2噸相比，可以看出其規(guī)?？涨?。

據(jù)長(zhǎng)征系列總設(shè)計(jì)師龍樂(lè)豪介紹， 長(zhǎng)征9號(hào)將用于“太空太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)”的建設(shè)。

在宇宙空間設(shè)置太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)很多：

1、發(fā)電量幾乎不受天氣和季節(jié)的影響。 太陽(yáng)能在地面的利用率并不高，容易受很多因素的影響，如云雨、季節(jié)、晝夜更替以及大氣層的吸收和散射等。

2、在太空中對(duì)太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換效率可以提高14倍。 在中國(guó)西北地區(qū)，一平方米太陽(yáng)能電池可產(chǎn)生0.4千瓦電，而在日照較少的重慶，僅產(chǎn)生0.1千瓦電。

但如果是在脫離了對(duì)流層的太空中，能產(chǎn)生10至14千瓦的電力。但在距離地球表面約3.6萬(wàn)公里的地球同步軌道上，發(fā)電功率可達(dá)10~14千瓦。

早在1968年，美國(guó)航空航天工程師彼得·格拉塞（Peter Glaser）在《科學(xué)》雜志上發(fā)表了《來(lái)自太陽(yáng)的能量：它的未來(lái)》一文，文中提出了 “太陽(yáng)能發(fā)電衛(wèi)星”。

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科學(xué)家提出，用衛(wèi)星在太空中吸收太陽(yáng)能，然后再把能量轉(zhuǎn)化為微波傳送回地球。

2012年以來(lái)，在NASA創(chuàng)新概念項(xiàng)目支持下，約翰?曼金斯教授提出了“任意大規(guī)模相控陣式空間太陽(yáng)能電站”阿爾法（SSPS-ALPHA）方案。

之后，美國(guó)諾格公司與加州理工大學(xué)簽署了一項(xiàng)總額1750萬(wàn)美元的空間太陽(yáng)能電站技術(shù)研發(fā)合同。與此同時(shí)，印度、俄羅斯、英國(guó)、法國(guó)的科研工作者，亦在空間太陽(yáng)能電站研究領(lǐng)域持續(xù)發(fā)力。

中國(guó)太空光伏電站將以四步走的設(shè)想向前推進(jìn)：

第一步是2011年到2020年，這一階段是進(jìn)行太空電站的驗(yàn)證與設(shè)計(jì)，

第二步是2021年到2025年，這一階段將建成第一個(gè)低軌道空間電站系統(tǒng)，

第三步是2026年到2040年，這一階段將發(fā)射太空電站系統(tǒng)并完成組裝，

第四步是2036年到2050年，這是正式實(shí)現(xiàn)電站商業(yè)運(yùn)營(yíng)的階段，中國(guó)太空光伏電站設(shè)計(jì)使用壽命是30年。

已經(jīng)在建了

早在2010年8月，在中國(guó)空間技術(shù)研究院舉辦的空間太陽(yáng)能電站技術(shù)研討會(huì)上，12位院士和百余位相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜?，提出了我?guó)空間太陽(yáng)能電站發(fā)展路線(xiàn)圖。

根據(jù)路線(xiàn)圖，2022年將實(shí)施小型發(fā)電測(cè)試，2030年左右將發(fā)電量提高到兆瓦規(guī)模，到2050年具備建設(shè)吉瓦級(jí)商業(yè)空間太陽(yáng)能電站的能力。

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專(zhuān)家已經(jīng)提出了預(yù)算， 建設(shè)這個(gè)太空光伏電站預(yù)計(jì)要花費(fèi)8萬(wàn)億人民幣，相當(dāng)于上百個(gè)三峽水電站的建設(shè)成本。

2014年，工信部、發(fā)改委、科技部等16個(gè)部委組織了來(lái)自國(guó)內(nèi)的130余位專(zhuān)家開(kāi)展了近一年的論證工作，論證組最終完成了《中國(guó)太空發(fā)電站發(fā)展規(guī)劃及關(guān)鍵技術(shù)體系規(guī)劃論證報(bào)告》。

與此同時(shí)，西安電子科技大學(xué)段寶巖院士團(tuán)隊(duì)提出了歐米伽（OMEGA）空間太陽(yáng)能電站設(shè)計(jì)方案。

這一設(shè)計(jì)方案與美國(guó)的阿爾法（ALPHA）設(shè)計(jì)方案相比，具備三個(gè)優(yōu)勢(shì)：控制難度下降，散熱壓力減輕，功質(zhì)比（天上系統(tǒng)的單位質(zhì)量所產(chǎn)生的電）提高約24%。

2018年12月23日，“逐日工程”啟動(dòng)，拉開(kāi)了“逐日工程”空間太陽(yáng)能電站的戶(hù)外地面驗(yàn)證挑戰(zhàn)序幕。

2022年6月5日，從西安電子科技大學(xué)段寶巖院士帶領(lǐng)的 “逐日工程”研究團(tuán)隊(duì)傳來(lái)好消息 ，世界首個(gè)全鏈路全系統(tǒng)的空間太陽(yáng)能電站地面驗(yàn)證系統(tǒng)順利通過(guò)專(zhuān)家組驗(yàn)收。

測(cè)試成功時(shí)間比原定技術(shù)路線(xiàn)節(jié)點(diǎn)，提前了近三年。

這一驗(yàn)證系統(tǒng)突破并驗(yàn)證了高效率聚光與光電轉(zhuǎn)換、微波轉(zhuǎn)換、微波發(fā)射與波形優(yōu)化、微波波束指向測(cè)量與控制、微波接收與整流、靈巧機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

新材料、新運(yùn)載

空間太陽(yáng)能發(fā)電站想要研制成功，還必須要解決許多技術(shù)方面的難題。

這些難題包括：

1、火箭的運(yùn)載能力。

目前的我國(guó)的火箭運(yùn)載能力就像前面所說(shuō)的長(zhǎng)征9號(hào)運(yùn)載能力140噸-150噸左右，而太陽(yáng)能發(fā)電站的重量將達(dá)到10000噸左右，因此大約需要100架左右的長(zhǎng)征9號(hào)機(jī)運(yùn)載火箭。

2、是如何利用微波傳送能源。

雖然空間太陽(yáng)能電站功率很大，但由于微波能量傳輸距離遠(yuǎn)（36000公里），根據(jù)微波能量傳輸特性，實(shí)際接收天線(xiàn)的能量密度比較低。

還有就是新材料運(yùn)用，新型運(yùn)載技術(shù)的發(fā)明，特殊的結(jié)構(gòu)、空間組裝和姿態(tài)控制技術(shù)的突破，電源管理和熱控技術(shù)的發(fā)展等等。

雖然面臨重重阻礙，但我們已經(jīng)意識(shí)到，空間太陽(yáng)能光伏發(fā)電站的建設(shè)對(duì)于未來(lái)的居民，擁有長(zhǎng)期穩(wěn)定的能源供給來(lái)說(shuō)意義非常重大。

毫無(wú)疑問(wèn)，這是一項(xiàng)十分前沿的能源技術(shù)，一旦實(shí)現(xiàn)將改寫(xiě)現(xiàn)有的能源格局。

此外，如果太空中到處都是太陽(yáng)能發(fā)電空間站，或許會(huì)造成空間資源短缺、擁堵到相撞，并影響其它衛(wèi)星的發(fā)射和運(yùn)營(yíng)。

未來(lái)的太空資源將更加珍貴。

中國(guó)太陽(yáng)能光伏

沒(méi)有卡脖子

經(jīng)過(guò)十幾年的風(fēng)風(fēng)雨雨，中國(guó)在光伏走到了世界前沿，成為新時(shí)代的中國(guó)名片。

中國(guó)光伏制造業(yè)，從硅料、硅錠、晶圓、電池、組件，都占據(jù)全球至少80%的產(chǎn)能。其中最低的是硅料（79.4%），最高的是硅錠（96.8%）。

IEA進(jìn)一步預(yù)計(jì)，到2025年，中國(guó)某些環(huán)節(jié)產(chǎn)能占比，將達(dá)95%甚至以上。

IEA選擇了用“dominate”（統(tǒng)治、支配、主宰），來(lái)形容中國(guó)光伏的行業(yè)地位。

太陽(yáng)能科技公司隆基綠能總經(jīng)理王英歌曾表示：

我們經(jīng)常擔(dān)心某一個(gè)技術(shù)被卡脖子，但是現(xiàn)在我可以自豪的告訴大家，太陽(yáng)能光伏技術(shù)，我們從全產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)講，沒(méi)有任何一個(gè)卡脖子的環(huán)節(jié)，這個(gè)就是我們可以和高鐵，甚至航天，一些高端技術(shù)一樣，可以國(guó)產(chǎn)化，而且無(wú)論產(chǎn)業(yè)化水平，還是面向未來(lái)的儲(chǔ)備，我們都居于全球的領(lǐng)先水平。