作者:葛昌纯 来源:中国科学报 发布时间:2018/1/25 10:32:04
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葛昌纯院士:让空间太阳能助力“一带一路”

 

空间太阳能发电站的终极目标是在任何时间,能向地球上任何地点直接供电。除此之外,其潜在应用价值主要有:作为大型空间能源基地,为空间活动提供动力;作为无线能源可以转化为热能直接用于重点地区的冰雪消融,以及促进植物生长等。

■葛昌纯

目前,由中国提出的“一带一路”经济合作倡议已经得到了国际范围的广泛认同和积极响应,推进“一带一路”建设离不开新型能源的发展。要为“一带一路”提供重要能源保障,建议将“空间太阳能发电及其关键材料与关键技术的研究”列为国家“十三五”计划的重大科技专项。

“一带一路”呼唤能源革新

2015年3月28日,国家发展改革委、外交部、商务部联合发布了《推动共建丝绸之路经济带和21世纪海上丝绸之路的愿景与行动》,该行动的重点合作内容就包括积极推动水电、核电、风电、太阳能等清洁、可再生能源合作。由此可见,“一带一路”作为重要的新型经济合作模式,它的发展和推动离不开能源领域的合作和发展。

众所周知,能源问题一直是影响社会发展的基础问题。据估计,包括化石能源在内的所有能源大约仅能供人类使用二三百年。能源短缺以及大量使用化石燃料造成严重环境污染的问题会严重地制约人类社会经济的发展及国家的安全。

因此,积极发展水电、核电、风电、太阳能等清洁、可再生能源已经成为世界各国首要的发展目标。目前,作为一劳永逸地解决人类能源危机的终极能源,人们公认的只有两个:其一,是在地面上建立核聚变发电站;其二,是在空间建立太阳能发电站。特别是当建立核聚变发电站能否在50年内实现核聚变能发电商业化尚存在着争论的情况下,空间太阳能发电站(Space Solar Power Station,SPSS)在技术上有可能在20~30年内实现商业化的预测对人们有巨大的吸引力。

空间太阳能潜力无穷

1968年,美国的Peter Glaser博士提出了建立空间太阳能发电站的大胆设想,为人类解决能源与环境问题指出了一个重要方向。虽然目前SSPS计划还没有实现,但是人们已经越来越深刻认识到,现代社会必须由依赖化石燃料转变为依靠天然能源以保护地球环境,实现可持续发展。SPSS的基本构想是在地球同步静止轨道(位于赤道上空36000公里的圆形轨道)卫星上安装大面积太阳能电池,将太阳能转化为电能,然后通过微波技术将太阳能转换为微波,并传输到地面,通过地面接收装置再将微波束能转变为电能。此外,在地球同步轨道卫星上也可直接将太阳能转变成激光束,传输到地面,然后转变成电能或通过电解海水转变成氢作为能源。

SSPS的终极目标是在任何时间,能向地球上任何地点直接供电。除此之外,其潜在应用价值主要有:作为大型空间能源基地,为空间活动提供动力;作为无线能源可以转化为热能直接用于重点地区的冰雪消融,以及促进植物生长等。

SSPS的上述特点使其成为“一带一路”优先发展的清洁能源的重要选择之一。这主要体现在以下几个方面:首先,SSPS是一种绿色清洁能源,而且,由于空间太阳能无穷无尽,其也是一种可持续发展的新能源,符合“一带一路”的发展理念;其次,SSPS是一种空间可移动能源,可以为“一带一路”相关地区和国家提供全方位、移动式地面和空间能源服务;第三,SSPS是一种空间大型能源,它的构建可以为我们相关产业带来一场新的技术革命,进而有效地促进“一带一路”相关地区的经济发展。因此,在某种程度上看,空间太阳能电站的发展可以为“一带一路”的实施提供重要的能源保障。

让SSPS为“一带一路”保驾护航

事实上,SSPS计划在上世纪末就已经引起中国科学家的注意。上世纪90年代,我国就开展了大量的论证和前期的研究工作,在总体设计、航天技术、材料技术、无线能量传输技术、空间组装技术等关键技术方面都取得了不少进展和阶段性的成果。

目前看来,我国建立空间太阳能电站的机遇已经来临,已经具备建立空间太阳能电站的基础。首先,在太阳能电池技术方面,我国已经开始在推广太阳能光伏发电系统,到2010年,我国太阳能光伏发电总容量将达到40万千瓦,2020年将达到220万千瓦,我国已具备了太阳电池的技术基础与空间应用能力。其次,在空间技术基础方面,我国在人造卫星、载人航天和深空探测三个航天技术领域实现了新跨越,尤其是神舟载人飞船和标志深空探测能力的嫦娥一号的发射成功,使我国步入了世界航空航天技术领域的超级强国之列。而且,目前我国已有多种型号的长征系列运载火箭,输送的有效载荷也越来越大,已能承担国际上各种卫星的发射业务。因此,在地球同步轨道建立一个空间太阳能卫星电站已经可以规划和实施。第三,在无线电能传输技术(WPT)基础方面,作为空间太阳能发电的主要关键技术,WPT(Wireless Power Transmission)在能量传输方面起重要作用。目前我国在微波传输和激光传输领域已取得显著成绩,尤其是在大功率激光发射器件和大功率微波天线方面。因此,在WPT技术上只要认真组织,对WPT在输能的功率、效率与精度控制等方面进行技术攻关,完全可以掌握应用于空间电站的WPT技术。

空间太阳能发电已引起我国政府的高度重视。中国空间技术研究院等单位已经对空间太阳能电站总体方案进行了论证,北京科技大学等单位也已经对SSPS关键材料进行了论证和研发。但是,迄今为止,空间太阳能发电还没有被列为国家的重大项目和国际合作的重大项目。

我们应该充分意识到空间太阳能电站在“一带一路”建设中的作用,应该大力加速空间太阳能电站建设,力争尽早把空间太阳能发电列为发展国民经济的重大长远项目和国家重大科技专项;尽快成立国家空间太阳能发电站推进委员会,协调各部委多渠道持续进行关键技术攻关;实行“政产学研用金”六结合,形成国家投入和市场推动的创新投资机制,主导成立国际合作机构推动空间太阳能发电站的国际化,为“一带一路”建设保驾护航。

(作者系中国科学院院士、北京科技大学教授,本报记者李晨阳整理)

《中国科学报》 (2018-01-25 第5版 技术经济周刊)
 
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