中国空间太阳能电站研究已进入世界前列

文章作者:管理一号 | 2019-01-24
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系绳式太阳能电站方案。

由许多太阳能电池阵组成的塔式空间太阳能电站幻想图。

集成对称聚光系统空间太阳能电站幻想图。

来历:北京日报

新闻布景

最近,我国首个空间太阳能电站试验基地在重庆发起,该基地建成后打开的基础性试验和运用研讨,将对我国往后缔造空间太阳能电站发作严峻含义。此外,空间太阳能电站系统项目的地上验证途径也将在西安竣工,它用于对空间太阳能电站功能与功率进行系统验证。

那么,什么是空间太阳能电站?为何要在太空缔造太阳能电站?怎样缔造空间太阳能电站呢?

优势得天独厚

现在,在地上用太阳能发电现已很广泛了,首要是选用太阳能电池板把太阳能转化成电能。其实,在太空运用太阳能发电并不新鲜,由于现在大多数人造地球卫星、载人航天器和空间勘探器都装有大大小小的太阳能电池翼,包括刚刚在月球不和着陆的嫦娥四号月球勘探器也是如此。但是这些航天器的太阳能电池翼所发的电都是供航天器本身运用,而科学家想在太空缔造的太阳能电站所发的电将首要用于地上的千家万户,为人类供给巨大清洁动力。

太阳是地球和整个太阳系取之不尽、用之不竭的中心动力系统。但是在地上上的运用率却不高,由于在地上上运用太阳能会遭到大气的吸收和散射、云雨的衰减以及时节、昼夜替换的影响而衰减许多,能量密度改动也巨大,很不安稳。

不过,在太空中太阳能却非常充裕。比如,在地球上空3.6万千米的地球同步轨道,由于太阳光线不会被大气削弱,也不受时节、昼夜改动的影响,阴影期很短,99%的时间内可安稳接收太阳辐射,其强度是地上的6倍以上,且能完结空间向地上进行能量的定点传输,所以在太空缔造太阳能电站,可有用运用此轨道上的太阳能,为人类供给优质的、巨大的、用之不竭的清洁动力。

打开空间太阳能电站,可为地上供给商业化的、大规划的电力供给,处理人类长期关于安稳的可再生动力的需求问题。一同空间太阳能电站关于地上偏远地区供电、急迫供电、航天器供电和调度环境等方面具有重要的运用前景。一同,空间太阳能电站的打开也将为更为长远的月球太阳能电站的打开奠定基础。

一旦可以强占空间太阳能发电技术,就有望逐渐处理人类社会面临的动力危机,取得取之不尽、用之不竭的可持续清洁动力。所以,空间太阳能电站被称为“动力领域的巨大改造”,我国、美国和日本等国的专家都在活跃打开相关研讨。

就现在来看,空间太阳能电站是开发地月空间经济圈最直接有用可完结的办法,对比开发月球氦3的难度要小得多。

面临巨大应战

空间太阳能电站是指在太空将太阳能转化为电能,再通过无线能量传输办法传到地上的电力系统,首要包括三大部分:太阳能发电设备、能量转化和发射设备,以及地上接收和转化设备。

太阳能发电设备将太阳能转化成为电能;能量转化设备将电能转化成微波或激光等办法(激光也可以直接通过太阳能转化),并运用发射设备向地上发送波束;地上接收系统接收空间传输的波束,通过转化设备将其转化成为电能接入电网。

空间太阳能电站的技术原理现已没有太大问题。近年来,太阳能发电功率、微波转化功率以及相关的航天技术取得了很大行进,为未来空间太阳能电站的打开奠定了很好的基础。但空间太阳能电站作为一个非常巨大的空间系统,需求打开系统的研讨作业,在许多技术方面都有待取得突破性打开。例如,要抵达工业运用规范,对发电量要求将很高,至少是兆瓦量级,太阳能电池板也或许要用平方千米来核算。

现在,一些国家的专家们已提出多种空间太阳能电站方案,这些方案各有千秋,对未来规划出有用的空间太阳能电站有较高的学习参考价值。

迄今为止,人类发射到太空的最巨大物体“世界空间站”有400多吨,而一个工业级的太阳能发电站则有上千吨。我国有专家建议:将空间太阳能电站的缔造材料直接发射到太空中,在太空建立“太空工厂”,通过3D技术将所需的组件打印出来,再通过太空机器人进行组装。这是现在的研讨方向之一。

空间太阳能电站规划巨大,质量可达万吨、规范能到千米、发电功率为兆瓦级、寿数需求在30年以上,所以关于新式运载、新式材料、高效能量转化器件、超大型航天器结构及控制技术、在轨组装维护技术等提出了很大的技术应战。

长期工作的安全性也是需求特别重视的问题。尽管从系统规划的角度现已约束了波束密度可以满足安全性要求,但对长期微波辐射下的生态、大气、生物体等的影响问题仍需求打开长期的研讨作业。

简言之,空间太阳能电站需求处理三个要害问题:一是怎样通过大型运载火箭将发电设备运送至地球同步轨道并组装发电;二是怎样将电能传输到地上;三是怎样确保设备工作安全和环境安全。现在这三个问题都还处在基础性探求中。

运用无限或许

空间太阳能电站打开的中心运用政策是为地上供给商业化的、大规划的电力供给,处理人类长期关于安稳的可再生动力的需求问题。其运用领域许多。空间太阳能电站关于地上偏远地区供电、急迫供电、航天器供电和调度环境等方面具有重要的运用前景。空间太阳能电站的打开也将为更为长远的月球太阳能电站的打开奠定基础。

空间太阳能电站可以不间断地为地上供给清洁的可再生动力,为人类供给巨大的、无尽的清洁动力贮藏。假设在(空间)地球中止轨道上每0.5°间隔(间隔约360千米)安顿一个空间太阳能电站,每个空间太阳能电站的发电功率为5兆瓦,则可以为地上连续供给约36亿千瓦的电力。巨大的空间供电还可以用于地上的海水淡化、制氢等,然后可以用于其他清洁动力的运用。而且,空间太阳能电站作为一种大型的空间供电基础设备,覆盖面非常广,可以活络地用于地上移动政策的供电和急迫情况下的供电,包括偏远地区、海岛和灾区等。

空间太阳能电站也可完结对可视范围内的地轨、中轨和高轨道的航天器供电,使航天器不需求巨大太阳能电池翼,然后大大增加功率水陡峭控制精度,这关于未来的大功率通信卫星、高精度科学卫星等的打开具有重要价值。未来,还可以运用空间太阳能电站直接进行空间燃料出产以及进行空间加工制造,使得未来的空间工业打开变为或许。空间太阳能电站也能作为深空勘探动力系统的候选方案。

传统化石动力的运用引起了地球温度的升高,随之发作的飓风和龙卷风等恶劣气候的一再出现给人类带来巨大的灾害。将空间太阳能电站的巨大能量传输到龙卷风地址的区域,可以改动飓风的温度分布,然后损坏龙卷风的构成进程。运用空间太阳能电站还能减缓大气雾霾,然后起到环境调度的作用。

延伸阅读

我国空间太阳能电站研讨已进入世界前列

2008年,我国将空间太阳能电站研发造业归入国家先期研讨规划。“十二五”以来,国内参与空间太阳能电站的研讨团队在逐渐扩展。国防科工局支撑了与空间太阳能电站相关的全体和要害技术研讨作业,现在在全体规划、全体概念方案、微波无线能量传输技术等方面取得了必定的作用,一同也带动了大型空间结构、空间薄膜太阳能发电技术的打开。

我国空间技术研讨院钱学森空间技术试验室研讨团队通过比较国内外多种空间电站方案,要害研讨了非聚光型和二次对称聚光型空间太阳能电站,提出了立异的多旋转关节空间太阳能电站方案。此方案得到世界该领域顶级专家的认同,并获2015年世界太阳能卫星规划竞赛第一名。

我国在无线能量传输等要害技术方面也取得严峻行进。无线能量传输包括微波和激光两种办法,现在研讨以微波办法为主。

2018年年底在重庆发起的空间太阳能电站试验基地项目,将在2021年至2025年缔造中小规划平流层太阳能电站并完结并网发电;2025年后可初步大规划空间太阳能电站系统相关作业。空间太阳能电站是一个宏伟的工程,涉及到空间运送、姿态控制、微波技术、能量传输等许多重要的技术领域,每一步要害技术都需求有用、安全、可靠的仿照验证方案,试验基地将起到仿照验证和演示的作用。

其时,我国在空间太阳能电站研讨方面开端完结了从“跟跑”到“并跑”的改动,成为世界上推动空间太阳能电站打开的重要力气。我国专家已提出完结我国空间太阳能电站政策的技术路线图:2030年后缔造兆瓦级试验空间太阳能电站,2050年后缔造吉瓦级商业空间太阳能电站。现在,我国在空间太阳能电站方面的研讨已进入世界前列,如能坚持并进一步加大研发力度,我国将有望成为世界首个建成有有用价值空间太阳能电站的国家。

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