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日本加紧开发太空太阳能发电技术
日期: 2008/09/04 04:48
摘要: 为了获取清洁可再生的太空能源,日本科学家正加紧进行相关技术与设备的研制,计划用约20年的时间将太空太阳能发电变为现实。

“公元2307年,化石燃料已经枯竭,人类开始使用大规模太空太阳能发电系统作为新的能量来源,但是从中受惠的只不过是一部分大国以及他们的盟国……”这是日本著名科幻小说《机动战士高达》中的开篇语。不过,目前全世界正面临着共同的能源危机,人们恐怕等不到2307年就不得不开展太空太阳能发电系统的研究。而在这方面,日本科学家已经走在了前面,为了获取清洁可再生的太空能源,他们正加紧进行相关技术与设备的研制,计划用约20年的时间将太空太阳能发电变为现实。

在很久以前,人们就认识到太空太阳能发电的优势:首先,与地面相比,太空阳光的强度要高上510倍,因此发电效率很高;其次,太空中没有昼夜之分,可以全天24小时收集太阳能,而且还不受天气影响;还有,在太空中发电十分清洁,不会产生污染也不会出现废弃物,同时也十分安全。不过,由于技术和费用等问题的制约,太空太阳能发电的设想一直以来都被束之高阁,成为一个看似不可能实现的梦想。此次,日本科学家就是对这个“梦想式”的创意产生了兴趣。

2007年,设在大阪的日本激光技术综合研究所利用太阳光生成了最高能量达180瓦的激光束。20082月,北海道的日本科学家开始了新型电力传输系统的地上试验,这个系统可以以微波形式将能源从太空传送到地球。这两项实验都是日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)主导的一项大胆的计划———太空太阳能发电系统(SSPS)计划的重要组成部分。激光和微波是太空太阳能发电领域中的两种主要的传输方式,也是该技术的核心难题。而日本双管齐下,希望同时在这两个领域获得突破。

日本采取的激光传输利用静止轨道上的反射镜将收集到的太阳光转换为激光,再传输到地面。由于激光与太阳光不同,不易发散,因此能够进行远距离传输。而在地面日本科学家准备使用光电转换装置将接收到的激光转换为电力,直接用来分解海水制造氢气。

在微波传输方面,日本科学家希望将位于静止轨道上的太阳能电池发出的电力转换为微波传输到地面,在地面再将接收到的微波重新转换为电力。为了使微波能更高效地在大气中传输,他们准备使用不受云、雨等气象条件影响的频宽带,目前备选的有专门用于产业、科学和医疗领域的2.45GHZ带和5.8GHZ带。“这项研究的目的很明确,就是为化石燃料的枯竭和全球变暖这些人类共同面临的难题提供一个解决的方案”。JAXA高级任务研究中心的铃木拓明如是说。铃木是这个项目的负责人,目前正领导着来自日本各研究机构的约180多名研究人员从事该项目的研究。

现在铃木等研究人员在JAXA的角田太空中心正加紧研究向距离500米远的接收站发射800瓦的激光束。他们采用了一种只反射波长为1064纳米的光线的镜子,已经能够把这种光传导至实验型太阳能电池板中(之所以选择这种波长的光是因为其很少被大气吸收,衰减率可控制在10%以下)。今后他们的研究重点将放在寻找可以高效地将阳光转换为激光的材料方面,目前最有可能被选用的是一种添加了钕和铬的钇铝石榴石晶体。

据称,在太空太阳能发电系统初步建成后,将采取微波和激光两种方式共同进行传输,微波系统包括薄膜集光镜,太阳能电池板、微波传送天线等设备,长度有数公里,重量至少1万吨。而激光系统至少需要在太空中设置100个,以形成阵列,总重达500吨,长度10公里。此外,在地面上还需要设置长度至少2公里的微波接收天线。日本计划在2030年之前把太阳能发电卫星发射到地球静止轨道上,通过这些卫星每年将100万千瓦(相当于一所大型核能发电站的发电量)的能量传输到地球。

虽然日本的计划看起来充满吸引力,但实施起来却并不容易,除了技术之外,最主要的就是费用问题。建造这样规模的设施当然费用不菲,据估计至少需要几百亿美元,以日本一国之力恐怕无法承担。此外,这样规模的设施必须要进行试验,而把1万多吨的设备发射到太空中进行试验,这也需要一笔不小的费用。虽然看似困难重重,但铃木却并不担心,“我们现在进行的都是基础研究,只有这些完备了,才能保证这个计划的顺利实施,如果达到既定目标,在经济方面应该有保证”。他指的是日本为该计划制定的另一个目标:随着技术的不断成熟,降低太空太阳能发电的费用,争取将每度电的价格限制在7日元(约合0.448元人民币)。如果真能达到这个目标,太空太阳能发电的价格将与目前用其他方式发电的费用相当,确实非常经济,颇具吸引力。 

 

来源:科技日报

https://www.chubun.com/modules/article/view.article.php/c91/83195
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