2017年,中國向可再生能源投資1259億美元,幾乎占全球總量的一半,因?yàn)樵搰Mㄟ^地球的風(fēng)和水來滿足其巨大的能源需求。然而,也許它最雄心勃勃的項(xiàng)目根本不在地球上,而是在太空中,科學(xué)家們的目標(biāo)是發(fā)射一個“太陽能空間站”,它可以吸收太陽光線,將它們轉(zhuǎn)換成電能,并將它們發(fā)射回地球。
該項(xiàng)目面臨著許多技術(shù)和后勤方面的挑戰(zhàn),但具有明顯的潛力和重要的財政支持,開發(fā)商希望在本世紀(jì)中葉完成世界上第一個外太空太陽能站。
軌道太陽能發(fā)電過程
這個過程在理論上很簡單。太空中的發(fā)電裝置將太陽能轉(zhuǎn)換成電能,就像太陽能電池板在地球上所做的那樣。然后,該裝置將能量轉(zhuǎn)換成微波或激光,以回射到地球上的接收站,接收站然后將傳輸轉(zhuǎn)換回電能并將其直接傳送到電網(wǎng)。
建議的電臺將繞地球22,000英里的軌道運(yùn)行,并提供恒定的能量供應(yīng),99%的時間收集和返回能量,因?yàn)樘柕墓饩€不會被氣體攔截或阻擋,就像30%的光線一樣當(dāng)它們穿過地球的大氣層時,太陽能電池板在地球上,不受日夜或季節(jié)變化的影響。該項(xiàng)目將滿足中國的關(guān)鍵能源需求,自2011年以來,中國消耗的煤炭數(shù)量超過世界其他地區(qū)。近年來,該國在可再生能源方面投入了大量資金,2014年成為世界水電領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者。在千禧年的前15年,其水力發(fā)電能力達(dá)到408%。
在1000米處進(jìn)行測試
重慶大學(xué),西安電子科技大學(xué)和中國空間技術(shù)研究院西安分院的研究人員正在重慶開發(fā)一個測試設(shè)施。該項(xiàng)目獲得了1500萬美元的資金,兩年多的時間內(nèi)將發(fā)現(xiàn)6個系留氣球,海拔高度為1公里。氣球?qū)⑾嗷ミB接并與地面相連,并配有太陽能電池板,用于捕獲太陽光線,將它們轉(zhuǎn)換成微波,并將它們發(fā)射到地球。測試項(xiàng)目與計劃的最終項(xiàng)目相同,但規(guī)模要小得多。
該團(tuán)隊(duì)計劃在未來十年內(nèi)完成其電力傳輸測試,然后在2030年之前完成一個更大的測試設(shè)施,一個將被發(fā)送到太空并能夠轉(zhuǎn)移能源元件的測試設(shè)施。這將與政府的計劃相吻合。中國20%的能源來自非化石燃料。中國隨后計劃在2050年之前建造一個商業(yè)空間站。
技術(shù)和后勤方面的挑戰(zhàn)
任何這種規(guī)模的項(xiàng)目都面臨著許多技術(shù)挑戰(zhàn),而這個計劃的主要困難之一就是讓站點(diǎn)開始進(jìn)入軌道。該站預(yù)計重達(dá)1,000噸,是國際空間站重量的兩倍多。研究人員正在探索從地球發(fā)射這種技術(shù)的許多替代方案,包括向空間發(fā)送一個單獨(dú)的設(shè)施,使用3D打印技術(shù)構(gòu)建機(jī)器人,然后在太空中直接建造工作站。
研究人員還必須決定是否使用激光或微波將能量轉(zhuǎn)移回地球。雖然激光可以在距離地球僅250英里的軌道上運(yùn)行,但它們的生產(chǎn)成本約為5億美元,而每顆衛(wèi)星僅能發(fā)射不到10兆瓦的激光,這使得它們成為效率低下的解決方案。微波爐可以傳輸更多的能量,但需要距離地球約22,000英里,引起人們對該站遠(yuǎn)離地球的方式的擔(dān)憂,并引起人們對在軌道上進(jìn)行管理幾乎不可能的擔(dān)憂。
由于測試目前只能傳輸超過100米的能量,科學(xué)家們還有很多工作要做,以實(shí)現(xiàn)這一崇高的目標(biāo)。