近日,有媒體報道稱,為有效消除化石能源燃燒引起的霧霾,減少溫室氣體排放,徹底解決能源危機,有航天專家提議,中國應(yīng)在距離地面3.6萬公里的地球同步軌道建造太陽能電站。
疑問:
在太空建造太陽能電站的計劃是否可行?能否真的有助于解決能源危機?
解答:
太空太陽能電站通過太陽能電池板吸收陽光,然后以微波的形式把太陽能傳送到地面,地面的微波接收機將太陽能轉(zhuǎn)化為電能。早在上世紀60年代,這種設(shè)想就已被提出。
“在太空,光照強度很高,而且太陽能電池板不需要清洗,發(fā)電效率比較高?,F(xiàn)在,有人把這個概念重新提出來,主要是為了應(yīng)對氣候變化和化石能源對環(huán)境造成的污染破壞?!弊匀毁Y源保護協(xié)會(NRDC)能源、環(huán)境與氣候變化高級顧問楊富強告訴《中國科學(xué)報》記者。
修建太空太陽能電站的初衷是好的,而且理論上似乎可行,但從當(dāng)前技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀看,存在的瓶頸仍不容忽視。
“太陽能電站需要大面積的太陽能電池板,電池板如何展開、能量如何傳輸都可能存在問題?!北本┖娇蘸教齑髮W(xué)宇航學(xué)院副院長、航天飛行器技術(shù)系主任黃海表示。此外,電池板的柔性、變形及其大小、拼裝、重量等很多方面也需要考慮。這些將導(dǎo)致太空太陽能電站的建造成本非常高。
對于在太空軌道運行的太陽能電站而言,姿態(tài)控制十分重要?!白藨B(tài)控制是指太陽能電站的帆板為垂直對準太陽光,并且需要根據(jù)光照改變帆板的朝向。”黃海稱,因為帆板面積很大,控制帆板的朝向有一定難度。
北京航空航天大學(xué)宇航學(xué)院教授董云峰則認為,能量傳輸是建造太空太陽能電站的核心問題?!艾F(xiàn)在能量傳輸問題還沒有完全解決。無論是激光傳輸,還是微波傳輸,能量傳輸?shù)木嚯x都很有限,且傳輸效率不高。這方面還沒有得到突破?!?/p>
董云峰告訴記者,能量傳輸是一個系統(tǒng)概念,由傳輸距離、傳輸效率以及傳輸設(shè)備的重量等構(gòu)成一個系統(tǒng),而當(dāng)前系統(tǒng)技術(shù)尚不成熟?!澳壳埃€未有技術(shù)證明在這么遠的距離仍能保證很高的傳輸效率。”
“太空太陽能電站需要通過火箭運輸,其本身的重量受到限制。把能量傳下來,需要傳送設(shè)備,在地面要建立相應(yīng)的接收系統(tǒng),同時要保障傳輸精度。這些問題得到解決后,還要考慮太空太陽能電站在經(jīng)濟上是否能與地面的發(fā)電設(shè)備形成競爭。只有形成競爭,太空太陽能電站才有價值?!倍品逭f。
當(dāng)前,我國大力發(fā)展清潔能源,減少傳統(tǒng)能源使用。建造太空太陽能電站,能在多大程度上有助于解決能源問題?
“我國的太陽能產(chǎn)業(yè)發(fā)展完善,產(chǎn)業(yè)鏈完整,太陽能光伏發(fā)電的技術(shù)水平在世界上居于領(lǐng)先地位?!焙戏使I(yè)大學(xué)能源研究所所長蘇建徽告訴記者。
據(jù)了解,太陽能是一種密度低、隨機性的能源,太陽能發(fā)電的發(fā)展受占地面積和地理環(huán)境的限制。當(dāng)前,太陽能發(fā)電占總發(fā)電量的比重還很小,甚至不足1%。
同時,太陽能的持續(xù)和規(guī)模化發(fā)展,應(yīng)當(dāng)與儲能結(jié)合。蘇建徽表示,雖然當(dāng)前電池成本比較高,但發(fā)展前景良好?!爱?dāng)電池的解決成本和壽命問題被解決時,太陽能將會有更廣闊的發(fā)展空間。”蘇建徽強調(diào)。
楊富強則認為,雖然蓄電池是儲存太陽能的最簡單辦法,但廢電池仍對環(huán)境構(gòu)成威脅?!翱赏ㄟ^電解水,把生成的氫氣儲存起來。另外,利用太陽能和其他可再生能源電廠作為基荷,使用天然氣、煤電廠等來調(diào)峰,以新能源為主,傳統(tǒng)能源為輔?!?/p>
“未來可能是氫能的時代?!碧K建徽說,氫能以及甲烷、乙醇等生物質(zhì)能將有廣闊的發(fā)展空間。
實際上,不僅僅是太陽能,其他的清潔能源也處于大力發(fā)展中。“受控核聚變技術(shù)一直處于世界的關(guān)注和研究之中。如果受控核聚變技術(shù)研究獲得突破的話,未來能源問題就解決了。”蘇建徽表示。