空間太陽能2030年后或?qū)崿F(xiàn)商業(yè)化
來源：人民網(wǎng) | 0評論 | 5916查看 | 2012-12-19 16:05:30
在日前舉行的中國能源環(huán)境高峰論壇上，中國科學(xué)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(shù)協(xié)會會長馬克·霍普金斯、歐洲空間能源集團(tuán)首席技術(shù)官徐楓、美國國家空間協(xié)會理事大衛(wèi)·鄧祿普等對我國空間太陽能發(fā)電計(jì)劃的現(xiàn)狀、關(guān)鍵技術(shù)和國際合作等做出探討。
2030年后或?qū)崿F(xiàn)商業(yè)化
葛昌純：作為一勞永逸地解決人類能源危機(jī)的終極能源，人們公認(rèn)的只有兩個(gè)：其一，是在地面上建立核聚變發(fā)電站；其二，是在空間建立太陽能發(fā)電站。特別是當(dāng)建立核聚變發(fā)電站能否在50年內(nèi)實(shí)現(xiàn)核聚變能發(fā)電商業(yè)化尚存在著爭論的情況下，空間太陽能在技術(shù)上有可能在20-30年內(nèi)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的預(yù)測對人們有巨大的吸引力。
早在上世紀(jì)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(jì)初提出了“發(fā)展空間太陽能發(fā)電及關(guān)鍵材料研究”的建議。我國的空間太陽能發(fā)電及其關(guān)鍵材料的研究早在項(xiàng)目批準(zhǔn)以前就開始，但至今未被列為國家重大項(xiàng)目，國家投入不多，進(jìn)展不快，和空間太陽能發(fā)電研究發(fā)達(dá)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(jì)劃必須能夠以低廉的價(jià)格提供大部分地球所需要的電力。第一個(gè)或者是第一批能夠達(dá)成這個(gè)目標(biāo)的的國家，有機(jī)會將太陽系里幾乎所有能源為其國家經(jīng)濟(jì)服務(wù)。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(yuǎn)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(jīng)濟(jì)活動，將會在經(jīng)濟(jì)上和軍事上統(tǒng)治地球。一個(gè)成功的空間太陽能計(jì)劃對于國家力量平衡具有長期意義。
可行性和技術(shù)難點(diǎn)
葛昌純：空間太陽能發(fā)電系統(tǒng)基本上由三部分組成：太陽能發(fā)電（或收集）裝置、空間微波或激光轉(zhuǎn)換發(fā)射裝置和地面接收轉(zhuǎn)換裝置。太陽能發(fā)電裝置將太陽能轉(zhuǎn)換為電能；空間轉(zhuǎn)換裝置將電能轉(zhuǎn)換成微波或激光并利用天線向地面發(fā)送能束；地面接收轉(zhuǎn)換系統(tǒng)通過天線接收空間發(fā)來的能束，將其轉(zhuǎn)換成電能或化學(xué)能。整個(gè)過程是一個(gè)太陽能、電能、微波或激光、電能（化學(xué)能）的能量轉(zhuǎn)變過程。在這個(gè)過程中承載能量轉(zhuǎn)換的相關(guān)材料至關(guān)重要。
在太陽能電池技術(shù)基礎(chǔ)方面，我國已經(jīng)具備了太陽能電池的技術(shù)基礎(chǔ)與空間應(yīng)用能力。
在空間技術(shù)基礎(chǔ)方面，我國在人造衛(wèi)星、載人航天和深孔探測三個(gè)航天技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了新跨越，尤其是神舟載人飛船和標(biāo)志深孔探測能力的嫦娥一號的發(fā)射成功。我國已經(jīng)是航天大國，目前已有多種型號的長征系列運(yùn)載火箭，輸送的有效載荷也越來越多，已能承擔(dān)國際上各種衛(wèi)星的發(fā)射業(yè)務(wù)。因此，在地球同步軌道建立一個(gè)空間太陽能衛(wèi)星電站已經(jīng)規(guī)劃和實(shí)施。
在無線電能傳播技術(shù)（WPT）基礎(chǔ)方面，WPT核心是微波與電磁場技術(shù)和激光技術(shù)，近年來我國在此領(lǐng)域已經(jīng)取得顯著成效，尤其是大功率激光發(fā)射期間和大功率微波天線方面。激光傳輸技術(shù)的安全性問題隨著航天技術(shù)和武器技術(shù)的發(fā)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(fā)展低成本重型空間運(yùn)輸系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)空間太陽發(fā)電的一個(gè)重要基礎(chǔ)。空間太陽能發(fā)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(fā)射成本高達(dá)10萬元左右。根椐有關(guān)方面分析，要使空間太陽能發(fā)電具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，需要將地球同步軌道每公斤的發(fā)射成本降至為0.13萬元左右。即要求運(yùn)載器每公斤的發(fā)射成本下降2個(gè)數(shù)量級。
降低發(fā)射成本的途徑有：第一，形成規(guī)模化的大批量運(yùn)載器生產(chǎn)體系。第二，研制重復(fù)使用運(yùn)載器。經(jīng)分析初步確定重復(fù)使用運(yùn)載器發(fā)展的技術(shù)目標(biāo)為推進(jìn)系統(tǒng)重復(fù)使用次數(shù) 100次；免維修（或少維修）的箭體防熱結(jié)構(gòu)；發(fā)射轉(zhuǎn)周時(shí)間為 1天；發(fā)射操作人員<10人；單發(fā)運(yùn)載器的地球同步軌道的運(yùn)載能力>25噸。航天運(yùn)輸系統(tǒng)的研制進(jìn)度設(shè)想為2015年系統(tǒng)方案概念設(shè)計(jì)；2020年關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)、小規(guī)模演示驗(yàn)證飛行試驗(yàn)；2030年建成試驗(yàn)型運(yùn)載器；2040年籌建大型航天港；2050年初步建成空間太陽能發(fā)電航天運(yùn)輸系統(tǒng)。
姚建銓：發(fā)展空間太陽能發(fā)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(guān)鍵技木之一。對于這以關(guān)鍵技術(shù)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(fā)、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?shù)南喔神詈稀⑻柲苻D(zhuǎn)換與無線能量傳輸兩者結(jié)合的新技術(shù)、宇宙空間環(huán)境影響的分析及防止、系統(tǒng)整體重量降低等。
何祚庥：空間太陽能的經(jīng)濟(jì)性有待考證。光伏發(fā)電技術(shù)，已由第一代晶體硅發(fā)電技術(shù)，第二代薄膜發(fā)電技術(shù)，轉(zhuǎn)向第三代“低倍聚光+高效硅基聚光電池”技術(shù)，未來可能轉(zhuǎn)向第四代“高倍聚光+砷化鎵聚光電池”技術(shù)。當(dāng)代光伏產(chǎn)業(yè)必定向低倍聚光發(fā)電技術(shù)發(fā)展。
發(fā)展空間太陽能的頂層設(shè)計(jì)
葛昌純：目前空間太陽能發(fā)電在成本上大大超過現(xiàn)有的發(fā)電方式，無實(shí)用價(jià)值。但通過技術(shù)進(jìn)步尤其是空間運(yùn)輸技術(shù)的提高，可以使空間太陽能的發(fā)電成本大大降低。根據(jù)原普蘭德公司的預(yù)測，到2030年，空間太陽能的發(fā)電成本可以從現(xiàn)在的102萬元/千瓦造價(jià)降至0.6萬元/千瓦，這就與目前常規(guī)發(fā)電方式相當(dāng)。
大衛(wèi)·鄧祿普：雖然從空間獲得清潔能源目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，以及其要在國內(nèi)國際兩個(gè)市場獲取商業(yè)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(fā)的其他國家的共同努力，可以促進(jìn)那些并不是空間能源發(fā)展主導(dǎo)力量的國家來了解這種技術(shù)的潛在好處。
徐楓：近年來，已經(jīng)有廣泛的辯論和媒體報(bào)道對替代能源、可持續(xù)發(fā)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(xué)家和工程師的知識與觀點(diǎn)的支撐，至少在主流媒體方面這些有充分科學(xué)依據(jù)和知識性的探討一直匱乏。任何大規(guī)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(yīng)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(fā)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(fā)途徑不宜跟著美國、日的道路走，發(fā)展的第一批電站不宜選擇吉瓦級，宜按本世紀(jì)30年代可跨越實(shí)現(xiàn)的原則，在10萬千瓦到50萬千瓦量級之間選擇。
建議應(yīng)集中力量發(fā)展重型運(yùn)載火箭，不宜分步，應(yīng)一步到位。電站的組裝和維修應(yīng)走創(chuàng)新之路，要考慮發(fā)揮我國載人空間站系統(tǒng)的空間服務(wù)優(yōu)勢，應(yīng)對以人為主、以機(jī)器人為主、全自動和航天器群編隊(duì)四種方式進(jìn)行深入的分析比較，選其優(yōu)者。
我國空間太陽能發(fā)展建議分三步發(fā)展：第一步由國家發(fā)改委抓總進(jìn)行工程大系統(tǒng)的論證和頂層設(shè)計(jì)，提出發(fā)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(yàn)驗(yàn)證工作；第三步在2030年進(jìn)行整站在軌試驗(yàn)和驗(yàn)證工作。
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