太空太陽能發(fā)電不再是“科幻”
在美國(guó)著名科幻電視劇《星際旅行》中，物理學(xué)家弗里曼·戴森描寫了這樣一個(gè)場(chǎng)景，在銀河中旅行的星艦發(fā)現(xiàn)了一個(gè)極度發(fā)達(dá)的文明社會(huì)，那里的人在自己星球的太空中布滿了太陽能電池板，捕獲了幾乎恒星釋放出的所有能量，解決了該星球的能源問題。然而這個(gè)科學(xué)幻想將很快變成現(xiàn)實(shí)。
美國(guó)太平洋煤氣電力公司(PG&E)已經(jīng)于近期宣布，將與一個(gè)宣稱可在太空中有效攝取能量的加州太陽能公司（SolarEnCorp）合作并向其購(gòu)買電力。由此，他們邁出了在外太空開發(fā)太陽能的第一步——在環(huán)繞地球的外空軌道上設(shè)立太陽能電池板，然后將生成的電能轉(zhuǎn)化為無線電波傳送回地球，再由地面的電力儲(chǔ)備站接收，轉(zhuǎn)化為電能后供應(yīng)給千家萬戶。
盡管以前宇宙飛船和人造衛(wèi)星經(jīng)常使用太陽能電池板提供能源，在外太空利用太陽能也不是什么新鮮事。但是，這個(gè)項(xiàng)目的實(shí)施是人類首次嘗試在太空中大規(guī)模利用太陽能來解決地球人的能源問題。在不久的將來，太空太陽能發(fā)電站就會(huì)誕生。這個(gè)項(xiàng)目打算在2016年前提供200兆瓦的電力，在15年內(nèi)滿足25萬個(gè)家庭的用電。如果進(jìn)展順利，科幻電視劇中的攝能技術(shù)7年內(nèi)可夢(mèng)想成真。
前景可觀成本昂貴
事實(shí)上，太空太陽能發(fā)電站的概念并不是現(xiàn)在才提出的。自20世紀(jì)60年代以來，美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)和五角大樓一直在探索環(huán)繞地球建太空太陽能發(fā)電站的設(shè)想，一些私營(yíng)機(jī)構(gòu)的研究人員也在尋找利用空間太陽能的方法。上世紀(jì)六十年代末，物理學(xué)家彼得·格拉澤（PeterGlaser）博士就提出了在與地球保持相對(duì)位置不變的軌道上建立太空太陽能系統(tǒng)的構(gòu)想。
而今天的計(jì)劃和40年前的構(gòu)想極為相似，先要把太陽能衛(wèi)星發(fā)射到距赤道22000英里（約35400公里）的軌道上，并保持與地球位置相對(duì)不變。太陽能板寬度將達(dá)若干英里，系統(tǒng)在采集太陽能后將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡?，然后再轉(zhuǎn)變?yōu)闊o線電波返回到地球上。地面的接收站準(zhǔn)備建在美國(guó)加州弗雷斯諾市的郊外。
利用太空太陽能發(fā)電的研究之所以幾十年來一直備受人類關(guān)注，是因?yàn)樗_實(shí)有著很多不可替代的好處，如果能夠大規(guī)模發(fā)展，也許真的可以像科幻電視劇里描述的那樣，永久地解決人類的能源問題。首先，太空中的太陽能電池板沒有大氣層的阻隔，沒有干擾，它接受太陽光的強(qiáng)度是地球上的8-10倍，而且更清潔。其次，它可以24小時(shí)持續(xù)不斷地接收陽光，解決了地面太陽能發(fā)電間斷和穩(wěn)定性差的問題。最后，太空的“土地”是免費(fèi)的，況且目前國(guó)際社會(huì)尚無對(duì)開發(fā)太空太陽能的限制和法律約束。所以，這也給了太空太陽能一個(gè)巨大的發(fā)展空間。
據(jù)太平洋煤氣電力公司粗略估計(jì)，該項(xiàng)目需要花費(fèi)約20億美元，主要用于地球太陽能基地建設(shè)和發(fā)射衛(wèi)星。美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校能源和資源教授丹尼爾·卡門認(rèn)為，眼下太空太陽能發(fā)電面臨最嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)是實(shí)施的成本問題，尤其在當(dāng)前全球經(jīng)濟(jì)衰退之際。這個(gè)計(jì)劃需要幾十億美元的資金投入，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于目前同等規(guī)模其他可再生能源項(xiàng)目所需的1億美元至2億美元。
SolarEn公司執(zhí)行總裁加里對(duì)完成該項(xiàng)目信心十足，他表示公司有能力提供12億到48億瓦的電力，能夠在未來七年內(nèi)實(shí)現(xiàn)供電商業(yè)化，太空太陽能的電力價(jià)格也能與其他可再生能源價(jià)格基本持平?，F(xiàn)在所采用的技術(shù)是基于目前通信衛(wèi)星所使用的技術(shù)，該技術(shù)已“相當(dāng)成熟”。這項(xiàng)計(jì)劃在技術(shù)層面上不成問題。PG&E發(fā)言人喬納森·馬歇爾說：“SolarEn非常有可能實(shí)現(xiàn)這一夢(mèng)想?！比绻嬷心軌?qū)崿F(xiàn)空間太陽能供電的商業(yè)化發(fā)展，電力價(jià)格就會(huì)越來越便宜。攻克利用空間太陽能發(fā)電將是人類解決能源問題的一個(gè)質(zhì)的飛躍。
日本也瞄準(zhǔn)太空太陽能市場(chǎng)
無獨(dú)有偶，日本航空宇宙開發(fā)中心（JAXA）也在研究類似的太空太陽能發(fā)電系統(tǒng)(SSPS)，有望于2030年前啟動(dòng)。其基本原理和美國(guó)類同，但日本科學(xué)家不是用無線電波傳送能量，他們選擇了微波（微波比無線電波的波長(zhǎng)短，并且只能直線傳播），試圖采用頻率為2.45GHz和5.8GHz的微波傳送，這項(xiàng)技術(shù)日本已經(jīng)應(yīng)用于工業(yè)和醫(yī)療設(shè)備。在北海道的研究基地，日本科學(xué)家用直徑2.4米的儀器裝置進(jìn)行了地面接收太空微波的實(shí)驗(yàn)。JAXA的最終目標(biāo)是要建立一個(gè)約3平方公里的地面接收站，生產(chǎn)100萬千瓦的電力，給50萬個(gè)家庭供電。
太空太陽能發(fā)電也并非完美，高強(qiáng)度的輻射很可能帶來另一個(gè)環(huán)境污染問題。但是支持者認(rèn)為，只要地面太陽能接收站的面積足夠大，就不會(huì)對(duì)人類及動(dòng)植物構(gòu)成傷害。因此地面接收站應(yīng)該選在人煙稀少、地域廣闊的地方，而且還要有配套的電力傳輸系統(tǒng)。
雖然現(xiàn)在看來這些構(gòu)想似乎有些不切合實(shí)際，但無論是美國(guó)還是日本，哪個(gè)項(xiàng)目的成功，都意味著人類在可再生能源領(lǐng)域中的一項(xiàng)重大突破。（ 作者：龔堅(jiān) 張聰）
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