开发太空太阳能

太空太阳能电站是利用卫星技术，在太空把太阳能转化成电能，然后以某种方式传回地球供人类使用的系统。

　　

　　人类获取能源的主要方向

　　

　　“公元2307年，化石燃料已经枯竭，人类开始使用大规模太空太阳能发电系统作为新的能量来源，但是从中受惠的只不过是一部分大国以及他们的盟国……”这是日本著名科幻小说《机动战士高达》中的开篇语。不过，目前全世界正面临着共同的能源危机，人们恐怕等不到2307年就不得不开展太空太阳能发电系统的研究了。

　　在日本，太空发电站的研究如火如荼。20世纪80年代日本的多所大学就展开了相关研究。而日本宇宙航空研究开发机构与日本经产省共同资助1200万美元的太空太阳能十年计划也即将结束第一阶段的研究。过去10年间，日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)一直为本国的空间太阳能电站系统(SSPS)提供稳定支持。目标是在2030年前向太空发射一颗对地静止卫星，这颗卫星将为地球上50万户家庭提供10亿瓦特电能。

　　2008年2月，北海道的日本科学家开始了新型电力传输系统的地上试验，这个系统可以以微波形式将能源从太空传送到地球。这两项实验都是日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)主导的一项大胆的计划——太空太阳能发电系统(SSPS)计划的重要组成部分。激光和微波是太空太阳能发电领域中的两种主要的传输方式，也是该技术的核心难题。而日本双管齐下，希望同时在这两个领域获得突破。

　　在我国，太阳能的利用也一直是最热门的话题，经过多年的发展，国内在集热器(含太阳能热水器)已成为太阳能应用最为广泛、产业化最迅速的产业之一。1998年销售总额达到了35亿元，其产量位居世界榜首。

　　我国的太阳能产业已开始运作。中国科学院宣布启动西部行动计划，将在两年内投入2.5亿元人民币开展研究，建立若干个太阳能发电、太阳能供热、太阳能空调等示范工程。目前河北保定国家高新技术开发区正加快建设我国规模最大的多晶硅太阳能电池生产基地，该项目集太阳能电池、组件及应用系统等为一体，一期工程完成后可达到年产3兆瓦多晶硅太阳能电池的能力，填补了我国在太阳能开发应用方面多项空白，并将大大推动太阳能电池用低铁玻璃的生产、销售市场。但从整体上分析，国内太阳能光伏发电系统由于起步较晚，尤其是在太阳能电池的开发、生产上还落后于国际水平，整体上仍处于产量小、应用面窄、产品单一、技术落后的初级阶段。经粗略统计表明，国内目前仅建有5个(单晶硅)太阳能电池生产厂，年产量约有4.5兆瓦(注：1兆瓦(MW)为1000千瓦)，工厂设施仍停留在已有引进的生产线上。而国外不少企业已把眼光瞄准更为先进的薄膜晶体太阳能电池的开发与生产上。这种新一代的先进的薄膜晶体太阳能电池其转换效率可高达18.3％，比目前平均转换效率提高了3个百分点。

　　

　　太空太阳能电站开发费用昂贵

　　

　　太空太阳能电站的设想非常伟大和宏远，但实现起来所需要的经费却是十分惊人的。1968年彼得·格拉泽的将太阳能电站搬到太空去的设想，需要研制一种太阳能动力卫星，并把它送到距地面3.6万千米的轨道上(即地球同步轨道。在这一轨道上，卫星绕地球飞行1圈的时间，正好与地球自转一周所需要的时间相同)。对格拉泽提出这一宏伟设想，由于要花一大笔钱，美国政府不感兴趣。不过到20世纪70年代中期，因出现能源危机，格拉泽的计划重新受到重视，美国政府投资2000万美元作为研究费用。但研究费不久就用完了，人们的热情又冷了下来。因为美国科学院估计，要建成这个太空发电站，大概要用50年时间，研制、发射和组装耗资达3000亿美元，工作量相当于600名宇航员在太空工作30年。尽管发电能力为300千兆瓦，能供1.5亿人口用电，可巨额投资遭到非议。原来，格拉泽设计的这座电站重量达5万吨，其中仅太阳能电池板的空间面积就达50多平方千米，而向地球发送电力的微波发射天线的直径达1千米。按美国航天飞机一次最多能运送30吨物资计算，也要发射1000多次才能把电站的设备全部送上天。而在20世纪70年代时，美国的航天飞机还没有正式投入使用，因此人们认为，格拉泽的计划在短期内难以实现。1999年和2000年，美国国会分别给宇航局拨款500万和1500万美元，用以深入研发空间太阳能发电技术，以期找出更好更成熟的建设方案。专家们从目前发展态势估计，本世纪20年代第一个空间太阳能电站将升空组装并开始试验性发电。

　　日本计划2040年前后向太空发射太阳能电站。尽管日本近年来在航天领域屡遭挫折，日本经济、贸易和工业部(METI)仍雄心勃勃地计划在2040年之前向太空发射太阳能电站。日本从2001财年4月份将开始太阳能卫星的研究，到2040年系统将开始运作。METI计划发射的太阳能卫星在地球同步轨道每秒可产生100万瓦的能量，相当于一个核电站产生的能量。太阳能卫星将拥有两个3000米长的太阳能发电翼板，两个翼板之间是一个直径1000米的能量传输天线。所产生的电能将以微波的形式传送回地球，微波的强度将低于移动电话发射的微波强度，能保证发射的微波不影响移动通信和其他通信。卫星地面接收天线的直径将达几千米，可能会建在沙漠或海洋地区。卫星预计重2万吨，总的建设费用预计为2万亿日元(约170亿美元)。与目前热发电或核能发电每千瓦小时9日元相比，在空间发电的成本是每千瓦小时23日元。

　　总体看来，建造空间太阳能电站，不仅能保证源源不断的电能从天上来，以解决人类能源的危机，而且在它的研制、运输、组装、使用过程中所开发的新技术和新产品，也能够推广到其他航天活动中，能够提升相关产业的技术水平与技术档次。虽然太空太阳能电站拥有如此之多的好处，且其技术途径也是可行的，然而真正建造起来却并非是一件易事。这是因为，建造该种新型电站的难度远非地面电站能比，它是一项规模空前、技术密集的庞大航天系统工程。具体实施起来要涉及科技、社会、经济、环保、材料等多方面的问题，需要分成若干专题进行攻关研究和归纳起来的综合分析。仅就研制、发射和组装空间太阳能电站的关键技术来讲，就有个提高效率、降低成本的共性问题。但我们有理由相信，随着各国航天技术的发展，总有一天，我们将能够从太空中获取能源资源造福于全人类社会。

　　

　　

　　责任编辑　林京