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空間太陽能2030年后或實現商業化

來源：人民網 | 0評論 | 4336查看 | 2012-12-19 16:05:30

　　在日前舉行的中國能源環境高峰論壇上，中國科學院葛昌純、姚建銓、余夢倫、王希季、閔桂榮、何祚庥等院士及美國空間技術協會會長馬克·霍普金斯、歐洲空間能源集團首席技術官徐楓、美國國家空間協會理事大衛·鄧祿普等對我國空間太陽能發電計劃的現狀、關鍵技術和國際合作等做出探討。

　　2030年后或實現商業化

　　葛昌純：作為一勞永逸地解決人類能源危機的終極能源，人們公認的只有兩個：其一，是在地面上建立核聚變發電站；其二，是在空間建立太陽能發電站。特別是當建立核聚變發電站能否在50年內實現核聚變能發電商業化尚存在著爭論的情況下，空間太陽能在技術上有可能在20-30年內實現商業化的預測對人們有巨大的吸引力。

　　早在上世紀九十年代，劉振興院士、徐建中院士、李國欣教授就先后提出了開展空間太陽能的研究建議，我在本世紀初提出了“發展空間太陽能發電及關鍵材料研究”的建議。我國的空間太陽能發電及其關鍵材料的研究早在項目批準以前就開始，但至今未被列為國家重大項目，國家投入不多，進展不快，和空間太陽能發電研究發達的國家之間的差距正在拉大。

　　馬克·霍布金斯：成功的空間太陽能計劃必須能夠以低廉的價格提供大部分地球所需要的電力。第一個或者是第一批能夠達成這個目標的的國家，有機會將太陽系里幾乎所有能源為其國家經濟服務。太陽系的大部分能源與原料都在太空，而不是在地球上。從長遠看來，能夠控制這些資源的國家將會控制絕大部分的人類經濟活動，將會在經濟上和軍事上統治地球。一個成功的空間太陽能計劃對于國家力量平衡具有長期意義。

　　可行性和技術難點

　　葛昌純：空間太陽能發電系統基本上由三部分組成：太陽能發電（或收集）裝置、空間微波或激光轉換發射裝置和地面接收轉換裝置。太陽能發電裝置將太陽能轉換為電能；空間轉換裝置將電能轉換成微波或激光并利用天線向地面發送能束；地面接收轉換系統通過天線接收空間發來的能束，將其轉換成電能或化學能。整個過程是一個太陽能、電能、微波或激光、電能（化學能）的能量轉變過程。在這個過程中承載能量轉換的相關材料至關重要。

　　在太陽能電池技術基礎方面，我國已經具備了太陽能電池的技術基礎與空間應用能力。

　　在空間技術基礎方面，我國在人造衛星、載人航天和深孔探測三個航天技術領域實現了新跨越，尤其是神舟載人飛船和標志深孔探測能力的嫦娥一號的發射成功。我國已經是航天大國，目前已有多種型號的長征系列運載火箭，輸送的有效載荷也越來越多，已能承擔國際上各種衛星的發射業務。因此，在地球同步軌道建立一個空間太陽能衛星電站已經規劃和實施。

　　在無線電能傳播技術（WPT）基礎方面，WPT核心是微波與電磁場技術和激光技術，近年來我國在此領域已經取得顯著成效，尤其是大功率激光發射期間和大功率微波天線方面。激光傳輸技術的安全性問題隨著航天技術和武器技術的發展可以得到解決，微波輸電對通訊、生物和人體沒有大的影響和危害。

　　余夢倫：發展低成本重型空間運輸系統是實現空間太陽發電的一個重要基礎。空間太陽能發電是解決人類能源的重要途徑之一，但目前地球同步軌道每公斤的發射成本高達10萬元左右。根椐有關方面分析，要使空間太陽能發電具有實際應用價值，需要將地球同步軌道每公斤的發射成本降至為0.13萬元左右。即要求運載器每公斤的發射成本下降2個數量級。

　　降低發射成本的途徑有：第一，形成規模化的大批量運載器生產體系。第二，研制重復使用運載器。經分析初步確定重復使用運載器發展的技術目標為推進系統重復使用次數 100次；免維修（或少維修）的箭體防熱結構；發射轉周時間為 1天；發射操作人員<10人；單發運載器的地球同步軌道的運載能力>25噸。航天運輸系統的研制進度設想為2015年系統方案概念設計；2020年關鍵技術攻關、小規模演示驗證飛行試驗；2030年建成試驗型運載器；2040年籌建大型航天港；2050年初步建成空間太陽能發電航天運輸系統。

　　姚建銓：發展空間太陽能發電站具有重要意義，激光傳輸空間能量是空間太陽能電站關鍵技木之一。對于這以關鍵技術的路線圖包括太陽光的有效聚光控制、高能量利用率的新型激光材料的開發、激光器的方案選擇(棒狀激光器, 光纖激光器等）、激光器效率的提高、長距離傳輸的相干耦合、太陽能轉換與無線能量傳輸兩者結合的新技術、宇宙空間環境影響的分析及防止、系統整體重量降低等。

　　何祚庥：空間太陽能的經濟性有待考證。光伏發電技術，已由第一代晶體硅發電技術，第二代薄膜發電技術，轉向第三代“低倍聚光+高效硅基聚光電池”技術，未來可能轉向第四代“高倍聚光+砷化鎵聚光電池”技術。當代光伏產業必定向低倍聚光發電技術發展。

　　發展空間太陽能的頂層設計

　　葛昌純：目前空間太陽能發電在成本上大大超過現有的發電方式，無實用價值。但通過技術進步尤其是空間運輸技術的提高，可以使空間太陽能的發電成本大大降低。根據原普蘭德公司的預測，到2030年，空間太陽能的發電成本可以從現在的102萬元/千瓦造價降至0.6萬元/千瓦，這就與目前常規發電方式相當。

　　大衛·鄧祿普：雖然從空間獲得清潔能源目標的實現，以及其要在國內國際兩個市場獲取商業地位，仍舊是20-30年之后的事。但是值得期望的是，美國、中國、印度、歐洲、日本、加拿大以及全世界支持空間太陽能開發的其他國家的共同努力，可以促進那些并不是空間能源發展主導力量的國家來了解這種技術的潛在好處。

　　徐楓：近年來，已經有廣泛的辯論和媒體報道對替代能源、可持續發展和全球氣候變化做出了一系列討論，但是一直缺乏來自科學家和工程師的知識與觀點的支撐，至少在主流媒體方面這些有充分科學依據和知識性的探討一直匱乏。任何大規模的收集和利用太陽的能源（如利用空間太陽能）作為人類最基本的能源供應的途徑，最終將促使并成為未來人類文明巨大的跨越。

　　王希季、閔桂榮：發展空間太陽能電站要重視安全性問題，建議首先考慮微波無線能量傳輸方式。我國空間太陽能的研發途徑不宜跟著美國、日的道路走，發展的第一批電站不宜選擇吉瓦級，宜按本世紀30年代可跨越實現的原則，在10萬千瓦到50萬千瓦量級之間選擇。

　　建議應集中力量發展重型運載火箭，不宜分步，應一步到位。電站的組裝和維修應走創新之路，要考慮發揮我國載人空間站系統的空間服務優勢，應對以人為主、以機器人為主、全自動和航天器群編隊四種方式進行深入的分析比較，選其優者。

　　我國空間太陽能發展建議分三步發展：第一步由國家發改委抓總進行工程大系統的論證和頂層設計，提出發展路線圖和工程初始方案論證；第二步深入方案論證，并研究其試驗驗證工作；第三步在2030年進行整站在軌試驗和驗證工作。

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