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[探索] 在太空建太阳能发电站！英国人提出大胆猜想，难度却堪比登天

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吻吻我吧 发表于 2022-4-8 09:35:02 | 只看该作者 打印 上一主题 下一主题
 
把太阳能发电站送到天上！这不是开玩笑，最近，英国方面已经开始讨论建设太空中的太阳能发电站了！地面上就有这么多太阳能发电站，为啥要把它送上太空呢？
在太空建太阳能发电站！英国人提出大胆猜想，难度却堪比登天 第1张图片

天基太阳能发电站有一个好处，那就是没有地面上的黑夜，也没有云层遮挡，它可以一天24个小时一直接受光照，进行发电，效率非常高。如果能够拥有这样的太阳能发电站，人类就可以获得更多的清洁能源。
据推测，到2050年，全世界的能源需求将比今天提高50%左右。与此同时，英国之前公布的计划也是在2050年左右实现碳的净零排放。为了满足这两个预期，天基太阳能系统被寄予厚望。
你可能觉得这太扯了，就算太空中有太阳能发电站，能量怎么传输到地面呢？
在太空建太阳能发电站！英国人提出大胆猜想，难度却堪比登天 第2张图片

其实这个问题并不难，在太空中收集到的太阳能，可以通过高频无线电波传送到地面。在地面上，可以建设一个地基矩形天线，将这种电波转化为能源，输送到电网。无线电力传输技术经过长期的发展，目前已经具备了一定的可行性，这使得天基太阳能系统变为可能。
实际上，太空太阳能发电站的概念并不新鲜，然而始终没有国家真的要去建造这种设施。原因很简单，那就是其中的难度太大，难以实现。上面说到的能量传输问题还是小菜一碟，真正的困难是成本以及可行性问题。
在太空建太阳能发电站！英国人提出大胆猜想，难度却堪比登天 第3张图片

为了在太空中收集足够多的能量，天基太阳能系统的太阳能卫星需要配备一个非常巨大的太阳能电池板。面积越大，接受的光照越多，获得的能量就越多。然而，太大的太阳能电池板是无法直接放进火箭整流罩中的，甚至折叠之后都放不进去。除了尺寸之外，太阳能电池板的重量也会造成这方面的限制。
怎么办呢？根据设想，这些太阳能电池板需要分开发射，然后由机器人在轨组装。
这个组装的过程中遇到的技术难题，比如空间机器人技术等问题，就比较严重了。更严重的是，这里面还涉及到成本问题。别看世界上隔三差五就有一大堆卫星被送上太空，实际上火箭发射的成本仍然非常高昂。
在太空建太阳能发电站！英国人提出大胆猜想，难度却堪比登天 第4张图片

这里涉及的不仅是经济成本，还有能源成本。尽管天基太阳能系统的目标是减少碳排放，但发射时所用到的火箭排放的碳也相当多。如果控制不住这一点，那就得不偿失了。为了解决这个问题，它的太阳能电池板必须足够轻。因此，多年以来，科学家们也一直在研发超轻太阳能电池，并取得了一定的突破。
即便如此，火箭的发射成本还是比较高昂的。目前世界上最便宜的火箭发射，就是马斯克的space X公司了，因为他们的火箭是可以回收的，这可以大幅降低火箭发射成本。因此，如果英国正式开始天基太阳能系统的建造，很可能会求助于马斯克。
在太空建太阳能发电站！英国人提出大胆猜想，难度却堪比登天 第5张图片

就算太空太阳能发电站建设的问题解决了，未来的运行过程中，也会面临着各种各样的挑战，比如：如此巨大的太阳能电池板，如何防止太空垃圾的撞击？没有大气层的遮挡，太阳能电池板虽然可以获得更强大的阳光来发电，但也会大幅减少其工作寿命，使其发电能力下降，这该怎么办？
还有就是，上面提到的无线电力传输的技术，虽然已经得到了一定的发展，但按照目前人类的技术，这样的大距离传输仍然是比较困难的。科学家推测，目前人类能够建造的天基太阳能系统，只能将收集到的一小部分太阳能传输到地球，效率很低。
在太空建太阳能发电站！英国人提出大胆猜想，难度却堪比登天 第6张图片

这不是说天基太阳能系统无法实现，恰恰相反，现在开始进行研究，还是可以取得技术突破，使其成为现实的。根据一家咨询公司给出的报告，英国完全可以进行一个价值170亿英镑的巨大项目。这个项目可以从小型试验开始起步，预计在2040年就能够获得一个可运行的太阳能发电站了。
根据预测，这颗太阳能发电卫星的直径大约是1.7公里，重达2000吨——确实又大又沉，需要多次火箭发射任务。地面的接收天线阵列也非常巨大，尺寸为6.7公里乘以13公里。对于英国来说，该国的土地面积比较有限，这样的天线阵列最好是架设在海面上。
在太空建太阳能发电站！英国人提出大胆猜想，难度却堪比登天 第7张图片

研究人员推测，这颗卫星有望为英国提供2GW的电力。作为对比，英国的发电能力大约是76GW。虽然占的比例不高，看起来贡献量不太大，但这个发电量也相当可观了。随着未来技术的发展和成本的下降，更大规模的天基太阳能发电系统或将扮演更重要的角色。不过在初期，由于成本过于高昂，除了政府投资之外，英国方面或许还需要一些私人投资。
除了英国之外，美国方面也在进行这方面的研究，尝试开发更加高效的太阳能电池以及能量传输系统。2020年的时候，美国海军研究实验室就在太空中进行过一次太阳能模块和电力转换系统的测试，可见他们对此也是非常重视的。
在太空建太阳能发电站！英国人提出大胆猜想，难度却堪比登天 第8张图片

不仅是英美，我国也有建设天基太阳能系统的计划。早在2010年，就有多名院士提出了相关设想，并且在2018年12月启动了2个不同的太空太阳能项目。就在今年3月中旬，重庆璧山建成了我国首个太阳能电站实验基地的实验楼主体工程。根据计划，我国希望在2035年前获得一个能够正常运行的天基太阳能系统。
在清洁能源领域，我国的科技水平确实是处于国际领先地位的，即使和美国相比也不相上下。尤其是可控核聚变方面，也是频频刷新世界纪录。清洁能源是挽救地球日益恶化的环境的关键，或许“拯救世界”的这个任务，就要落在我国的肩上了。


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