当前位置: 欣欣网 > 科学

3.6万公里外建「三峡」,中国要建太空太阳能发电站,电咋到地球

2022-11-24科学

很多人说中国空间站有什么用,中国空间站系统总设计师杨宏就回答了,中国空间站将为未来空间太阳能电站提供在轨技术验证。


3.6万公里外建「三峡」,中国要建太空太阳能发电站,电咋到地球


没有错,中国要在3.6万公里外的太空建「三峡」——空间太阳能发电站,为地面供电。这可能有点超出大家的认知了,空间太阳能发电站,怎么给地面供电,难道接根线到天上去。


空间太阳能电站是什么

事实上,太阳能的能源是来自地球外部天体的能源(主要是太阳能),是太阳中的氢原子核在超高温时聚变释放的巨大能量,人类所需能量的绝大部分都直接或间接地来自太阳。我们生活所需的煤炭、石油、天然气等化石燃料都是因为各种植物通过光合作用把太阳能转变成化学能在植物体内贮存下来后,再由埋在地下的动植物经过漫长的地质年代形成。此外,水能、风能、波浪能、海流能等也都是由太阳能转换来的。

3.6万公里外建「三峡」,中国要建太空太阳能发电站,电咋到地球

太阳能具有能流密度大、连续稳定、不占用耕地等优点,而空间太阳能电站是指在空间将太阳能转化为电能,再通过无线方式传输到地面的电力系统。

它可以通过控制微波束空间太阳能电站可向任何一个地点供电,比地面光伏电站更具开发价值因为空间太阳能电站由于不受昼 夜和天气的影响, 可以连续工作, 太阳能利用效率高,,

太空输电到地面,靠什么技术

而从太空输电到地面,就要靠无线电能传输技术(WPT),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。通过WPT可将太阳能转换成的电能进一步转换为微波集束能或激光能,并根据需要将束向控制在所需电能的地区,在当地再通过微波或激光接受装置进一步转换成电能,输入电网或直接满足不同用户需要。

那WPT技术就分为微波无线能量传输技术(MPT)和激 光无线能量传输技术(LPT)。微波无线能量传输技术是空间太阳能电站研 究较多的传输方式,具有较高的转化和传输效率, 在特定频段上的大气、云层穿透性非常好, 技术相对成熟, 波束功率密度低, 且可以通过波束进行高 精度指向控制, 具有较高的安全性。但由于波束宽, 发射和接收天线的规模都非常大, 工程实现具有较大的难度, 比较适合于超大功率的空间太阳能电站 系统。


3.6万公里外建「三峡」,中国要建太空太阳能发电站,电咋到地球


激光无线能量传输技术主要特点是传输波束 窄、发射和接收装置尺寸小, 应用更为灵活。通过 合理选择频率, 可以减小大气损耗, 比较适合于中 小功率的空间太阳能电站系统。难点在于大功率激 光器技术成熟性较差, 高指向精度实现难度大, 存 在较大的安全隐患。主要缺点是大气透过性差, 传 输效率受天气影响大。

WPT技术以微波输能、控制及转换原理为基础,它早已在军事、科学及通讯卫星等领域得到广泛应用。家用微波炉的普及,表明微波技术已经成熟。微波理论、锁相技术、磁控管技术及相关控制理论早已成为我国大学电子专业的必修课。


3.6万公里外建「三峡」,中国要建太空太阳能发电站,电咋到地球


空间太阳能电站发展情况

事实上,美国和日本比中国都更早在空间太阳能电站进行研究,1999-2001年,美国航空航天局(NASA)投资2200万美元,启动了「空间太阳能探索性研究和技术计划」项目,总结分析了空间太阳能电站的最新进展。提出了美国空间太阳能电站的发展路线圈,计划于2020年实现10MW系统的空间验证,为2030年的商业系统研制奠定基础。

但是我们都知道,美国鸽了,2030年商业使用遥遥无期。


3.6万公里外建「三峡」,中国要建太空太阳能发电站,电咋到地球


但中国对太阳能电池的研究可以说领先全球,中国空间站首次使用了柔性三结砷化镓太阳电池阵技术,由十几万片柔性太阳电池组成。这些柔性太阳电池的单板厚度不足1毫米,不仅有良好的抗辐射和耐高温等性能,而且光电转换效率突破30%,

而作为空间电站的能量转换器件——太阳电池应具有较高的转换效率、重量体积比功率以及较强的抗辅照、抗衰退能力,同时要成本低、寿命长,便于安装。可以说,中国目前使用的柔性三结砷化镓太阳电池可以很好满足空间光伏电站需要。

当然,我们现在还面临着很多技术挑战,根据杨总师的采访,我们将会把单项的关键技术突破可作为下一步的重点。



3.6万公里外建「三峡」,中国要建太空太阳能发电站,电咋到地球


比如利用我们空间站在舱外有机械臂照料,可以进行一些模块化、用于电站验证的模块化的在轨的组装,组装以后通过空间站释放到外面,抬升轨道以后,再把天线阵和电池阵完全展开,然后再释放一个伴飞的小卫星。这样的话,一方面是电站模块的试验,一方面是一个伴飞的小卫星,两个配对使用,来做天上的关键技术验证。

总结

所以说,空间太阳能发电站的建设离不开中国空间站,这也是为什么空间太阳能发电站目前来说,就日本和美国布局最早的原因,因为可以利用国际空间站,有优势。


3.6万公里外建「三峡」,中国要建太空太阳能发电站,电咋到地球


我国既是一个能源消费大国,也是一个航天大国,从经济发展情况来看,能源问题已经成为我国经济社会可持续发展的一个关键制约因素。空间太阳能电站作为未来的一种可再生能源系统,将大大促进我国能源的可持续发展和航天技术领域的可持续发展。

除此之外,利用空间太阳能电站,可以向偏远地区、受灾地区等特定地区供电,还可以灵活地为地面移动目标供电,同时能让航天器摆脱巨大的太阳能电池翼,大大提高功率水平和控制精度,在未来甚至可以利用空间太阳能电站进行空间燃料生产和空间加工制造,促进空间工业发展。

3.6万公里外建「三峡」,中国要建太空太阳能发电站,电咋到地球

虽然中国空间站的建设完成,空间太阳能电站也开始从规划到实验的阶段,那这就很好回答了,中国空间站有什么用,中国空间站如果利用好了,将对中国的经济民生产生巨大的推动作用,而且会极大地促进中国科技的发展。