太空太陽能發(fā)電不再是“科幻”
在美國著名科幻電視劇《星際旅行》中，物理學家弗里曼·戴森描寫了這樣一個場景，在銀河中旅行的星艦發(fā)現(xiàn)了一個極度發(fā)達的文明社會，那里的人在自己星球的太空中布滿了太陽能電池板，捕獲了幾乎恒星釋放出的所有能量，解決了該星球的能源問題。然而這個科學幻想將很快變成現(xiàn)實。
美國太平洋煤氣電力公司(PG&E)已經于近期宣布，將與一個宣稱可在太空中有效攝取能量的加州太陽能公司（SolarEnCorp）合作并向其購買電力。由此，他們邁出了在外太空開發(fā)太陽能的第一步——在環(huán)繞地球的外空軌道上設立太陽能電池板，然后將生成的電能轉化為無線電波傳送回地球，再由地面的電力儲備站接收，轉化為電能后供應給千家萬戶。
盡管以前宇宙飛船和人造衛(wèi)星經常使用太陽能電池板提供能源，在外太空利用太陽能也不是什么新鮮事。但是，這個項目的實施是人類首次嘗試在太空中大規(guī)模利用太陽能來解決地球人的能源問題。在不久的將來，太空太陽能發(fā)電站就會誕生。這個項目打算在2016年前提供200兆瓦的電力，在15年內滿足25萬個家庭的用電。如果進展順利，科幻電視劇中的攝能技術7年內可夢想成真。
前景可觀成本昂貴
事實上，太空太陽能發(fā)電站的概念并不是現(xiàn)在才提出的。自20世紀60年代以來，美國國家航空航天局(NASA)和五角大樓一直在探索環(huán)繞地球建太空太陽能發(fā)電站的設想，一些私營機構的研究人員也在尋找利用空間太陽能的方法。上世紀六十年代末，物理學家彼得·格拉澤（PeterGlaser）博士就提出了在與地球保持相對位置不變的軌道上建立太空太陽能系統(tǒng)的構想。
而今天的計劃和40年前的構想極為相似，先要把太陽能衛(wèi)星發(fā)射到距赤道22000英里（約35400公里）的軌道上，并保持與地球位置相對不變。太陽能板寬度將達若干英里，系統(tǒng)在采集太陽能后將其轉變?yōu)殡?，然后再轉變?yōu)闊o線電波返回到地球上。地面的接收站準備建在美國加州弗雷斯諾市的郊外。
利用太空太陽能發(fā)電的研究之所以幾十年來一直備受人類關注，是因為它確實有著很多不可替代的好處，如果能夠大規(guī)模發(fā)展，也許真的可以像科幻電視劇里描述的那樣，永久地解決人類的能源問題。首先，太空中的太陽能電池板沒有大氣層的阻隔，沒有干擾，它接受太陽光的強度是地球上的8-10倍，而且更清潔。其次，它可以24小時持續(xù)不斷地接收陽光，解決了地面太陽能發(fā)電間斷和穩(wěn)定性差的問題。最后，太空的“土地”是免費的，況且目前國際社會尚無對開發(fā)太空太陽能的限制和法律約束。所以，這也給了太空太陽能一個巨大的發(fā)展空間。
據太平洋煤氣電力公司粗略估計，該項目需要花費約20億美元，主要用于地球太陽能基地建設和發(fā)射衛(wèi)星。美國加州大學伯克利分校能源和資源教授丹尼爾·卡門認為，眼下太空太陽能發(fā)電面臨最嚴峻的挑戰(zhàn)是實施的成本問題，尤其在當前全球經濟衰退之際。這個計劃需要幾十億美元的資金投入，遠遠高于目前同等規(guī)模其他可再生能源項目所需的1億美元至2億美元。
SolarEn公司執(zhí)行總裁加里對完成該項目信心十足，他表示公司有能力提供12億到48億瓦的電力，能夠在未來七年內實現(xiàn)供電商業(yè)化，太空太陽能的電力價格也能與其他可再生能源價格基本持平?，F(xiàn)在所采用的技術是基于目前通信衛(wèi)星所使用的技術，該技術已“相當成熟”。這項計劃在技術層面上不成問題。PG&E發(fā)言人喬納森·馬歇爾說：“SolarEn非常有可能實現(xiàn)這一夢想?！比绻嬷心軌驅崿F(xiàn)空間太陽能供電的商業(yè)化發(fā)展，電力價格就會越來越便宜。攻克利用空間太陽能發(fā)電將是人類解決能源問題的一個質的飛躍。
日本也瞄準太空太陽能市場
無獨有偶，日本航空宇宙開發(fā)中心（JAXA）也在研究類似的太空太陽能發(fā)電系統(tǒng)(SSPS)，有望于2030年前啟動。其基本原理和美國類同，但日本科學家不是用無線電波傳送能量，他們選擇了微波（微波比無線電波的波長短，并且只能直線傳播），試圖采用頻率為2.45GHz和5.8GHz的微波傳送，這項技術日本已經應用于工業(yè)和醫(yī)療設備。在北海道的研究基地，日本科學家用直徑2.4米的儀器裝置進行了地面接收太空微波的實驗。JAXA的最終目標是要建立一個約3平方公里的地面接收站，生產100萬千瓦的電力，給50萬個家庭供電。
太空太陽能發(fā)電也并非完美，高強度的輻射很可能帶來另一個環(huán)境污染問題。但是支持者認為，只要地面太陽能接收站的面積足夠大，就不會對人類及動植物構成傷害。因此地面接收站應該選在人煙稀少、地域廣闊的地方，而且還要有配套的電力傳輸系統(tǒng)。
雖然現(xiàn)在看來這些構想似乎有些不切合實際，但無論是美國還是日本，哪個項目的成功，都意味著人類在可再生能源領域中的一項重大突破。（ 作者：龔堅 張聰）
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