據(jù)報道,英國政府正在考慮建設(shè)空間太陽能電站的計劃,該計劃將耗資160億英鎊(約合210億美元)。
空間太陽能電站是英國政府“凈零創(chuàng)新組合”項目將投資的技術(shù)之一。與其他技術(shù)一樣,它被視為可以幫助英國到2050年實現(xiàn)凈零排放的潛在解決方案。
但是,空間太陽能電站將如何運轉(zhuǎn)?這項技術(shù)又有哪些優(yōu)勢和弊端?
空間太陽能發(fā)電需要在太空收集太陽能并將其傳送到地球上。盡管這一設(shè)想本身并不新鮮,但最近的技術(shù)進(jìn)步使這一前景更有可能實現(xiàn)。
空間太陽能發(fā)電系統(tǒng)需要一個太陽能衛(wèi)星,即一臺裝有太陽能電池板的巨型航天器。這些電池板可以發(fā)電,然后通過高頻無線電波將能量無線傳輸?shù)降厍?。一種名為硅整流二極管天線的地面天線將把無線電波轉(zhuǎn)換成電力,再將其傳送至電網(wǎng)。
軌道上的空間太陽能電站一天24小時都可以接收太陽光,因此可以持續(xù)發(fā)電。這比地球上的太陽能發(fā)電系統(tǒng)更具優(yōu)勢,后者只能在白天發(fā)電,并且受天氣影響。
全球能源需求預(yù)計到2050年將增長近50%,因此,空間太陽能發(fā)電可能是幫助滿足全球能源部門日益增長的需求和應(yīng)對全球氣溫上升的關(guān)鍵。
空間太陽能電站基于模塊化設(shè)計,大量太陽能組件要在軌道上由機器人來組裝。把所有這些組件運入太空難度大、成本高,而且對環(huán)境有害。
首先需要解決的一個問題是太陽能電池板的重量。但這一問題已經(jīng)通過開發(fā)超輕太陽能電池得到了解決。
空間太陽能發(fā)電被認(rèn)為具有技術(shù)可行性,主要是因為一些關(guān)鍵技術(shù)取得了進(jìn)展,包括輕型太陽能電池、無線能量傳輸和太空機器人技術(shù)。
重要的是,僅組裝一個空間太陽能電站就需要進(jìn)行多次太空發(fā)射。飛船目前無法重復(fù)使用,不過,像美國太空探索技術(shù)公司這樣的公司正在努力改變這種狀況。如果發(fā)射系統(tǒng)可以重復(fù)使用,那將大大降低空間發(fā)電成本。
即使我們成功建造了一個空間太陽能電站,其運行也面臨若干實際挑戰(zhàn),例如太空碎片可能會破壞太陽能電池板。
另一個問題是無線能量傳輸效率。從太陽能衛(wèi)星向地面?zhèn)鬏斈芰侩y度很大。依據(jù)目前的技術(shù),只有一小部分收集到的太陽能可以到達(dá)地球。
弗雷澤-納什咨詢公司最近的一份報告認(rèn)為,在英國投資100多億英鎊建設(shè)空間太陽能電站是一個可行的概念。該項目預(yù)計將從小規(guī)模試驗開始,2040年建成并投入使用。
這顆太陽能衛(wèi)星的直徑將達(dá)到1.7公里,重約2000噸。地面天線的占地面積約為87平方公里??紤]到英國的土地可用情況,它更有可能被設(shè)置在海外。
這顆衛(wèi)星的發(fā)電能力將達(dá)到2吉瓦。雖然這已算是不小的容量,但對英國的總發(fā)電能力(76吉瓦)貢獻(xiàn)并不大。
空間太陽能發(fā)電能否幫助我們在2050年前實現(xiàn)凈零排放還有待觀察。其他技術(shù),比如多元化靈活儲能、氫的使用和可再生能源系統(tǒng)的發(fā)展,更容易被接受和應(yīng)用。
盡管存在上述挑戰(zhàn),空間太陽能發(fā)電仍有可能帶來激動人心的研發(fā)機會。未來,這項技術(shù)有可能在全球能源供應(yīng)中發(fā)揮重要作用。
空間太陽能發(fā)電示意圖(資料圖片)