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行业动态 | 能源领域的“曼哈顿工程”迈出关键一步，隔空取电或成现实

2022-09-13 18:02

来源：澎湃新闻·澎湃号·政务

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近日获悉，今年6月5日，世界首个全链路全系统的空间太阳能电站地面验证系统顺利通过专家组验收。

西安电子科技大学段宝岩院士带领“逐日工程”研究团队所取得的这一成果总体处于国际先进水平，对中国下一代微波功率无线传输技术与空间太阳能电站理论与技术的发展具有支撑性、引领性，应用前景十分广阔。

这一成果的取得，意味着中国在向空间电站探索的进程中迈出了重要的一步，空间太阳能发电未来有可能梦想成真，在全球能源供应中发挥重要作用，从而更好地解决能源短缺及碳排放问题。

段宝岩表示，空间太阳能电站研究是一个能源领域的“曼哈顿工程”，涉及的技术领域非常之多。不同于地面电站，为后续能够向太空发送，太空电站的光伏电池要求做得非常薄、非常轻，每平方米的重量不超过200克，还要突破高效率的无线能量转换和传输技术等。这就需要所有相关企业的共同努力。

建在太空中的太阳能发电站

如何提高对太阳能的利用效率是光伏行业一直在思考和探索的一个重要课题。

往太空发展太阳能发电作为其中的一种方式，逐渐走入人们的视野。1968年，美国航空航天工程师彼得·格拉塞（Peter Glaser）撰写了第一个关于空间太阳能系统的正式提案。这一设想建立在一个极其巨大的太阳能电池阵的基础上，由它聚集大量阳光，利用光电转换原理达到发电的目的。发出的电以微波形式传输到地球上，然后通过天线接收经整流转变成电能，送入全国供电网，供用户使用。由此可见，空间太阳能电站主要由“发”“送”“收”三部分组成。

格拉塞之后，1979年，美国科学家提出更为具体的方案——“1979SPS基准系统”，即建立一个50平方公里的单晶硅太阳能电池板就能接收70GW能量，然后再用一个直径为1千米的微波发射天线就能向地球输送9GW的直流电。

33年后的2012年,NASA发布了ALPHA（阿尔法）方案，通过多组六边形反射镜，将日光一次或多次反射到底部的光伏电池上。

如今，空间太阳能电站研究是全世界的一个热点话题。世界上很多国家如美国、日本、欧盟、俄罗斯和印度等的航天机构都在开展此方面的研究。

空间太阳能电站研究之所以会成为各国的研究热点，主要还要归因于空间太阳能电站的优势。

据了解，与地面光伏电站相比，空间太阳能电站不受昼夜、天气、地区纬度等自然因素的影响，对太阳能的利用率更高。有资料显示，每平方米太阳能电池在中国西北地区的最高发电功率约0.4千瓦，在平流层的发电功率达7-8千瓦，而在距离地球表面约3.6万公里的地球同步轨道上，发电功率可达10-14千瓦。

此外，空间太阳能电站的应用范围比较广。在段宝岩团队看来，空间太阳能电站的应用主要有以下两点：成为轨道中的“太空充电桩”，为太空运转的各类航空器以及地面运转的移动设备供电，而不再需要庞大的太阳帆板；一旦地面无线充电桩的构想获得突破，可确保持续、灵活、可靠、实时的能源供应，将具有广阔的现实价值。

中国发展突飞猛进

比起美日等国家，中国在空间太阳能电站方面属于进入最晚、但发展最快的一个国家。而其中，中国已经在光伏技术的领先度上，超越其他国家一大截。

2013年，中国通过一份题为《关于尽早启动中国太空发电站关键技术研究的建议》的院士联名建议案，开始推动中国空间太阳能电站的研究工作。

2014年，西安电子科技大学段宝岩院士团队提出了欧米伽（OMEGA）空间太阳能电站设计方案。这一设计方案与美国的阿尔法（ALPHA）设计方案相比，有着三大优势：控制难度下降，散热压力减轻，功质比（天上系统的单位质量所产生的电）提高约24%。

2018年底，中国空间太阳能电站实验基地在璧山启动建设，项目总占地面积约200亩，其中核心试验区约为106亩。根据规划，中国将在2030年建成首个空间太阳能电站，并在2050年之前建成商业化电站。

要建成商业化电站，从目前看尽管技术原理、发电及转换效率已经没有多大问题，但有专家表示，要达到工业应用标准，对发电量要求将更高，至少是兆瓦、吉瓦量级，而光伏组件也有可能要用平方公里来计算。而对于平方公里量级的太阳能电池板，就需要采用单晶硅这类成本更低的方案。