建在太空里的發(fā)電站

程醉

太陽每秒鐘能散發(fā)出約3.75×1026焦耳的能量，而地球僅獲得不到其中的二十億分之一，就能使風(fēng)云變幻，河川流動(dòng)，大地溫暖，萬物生長……

太陽：能量之源

我國是世界上利用太陽能最早的國家之一。三千多年前，周朝人用青銅做成凹面鏡，向太陽聚光取得火種，凹面鏡被稱為“陽燧”，這種取火方式被稱為“陽燧取火”。

現(xiàn)代，一個(gè)個(gè)光伏電站和光熱電站像忠誠的能源衛(wèi)士，源源不斷地為人類帶來便捷。然而科技發(fā)展也使我們對(duì)能源的需求與日俱增，但陸地上的太陽能發(fā)電站占地面積大、容易受天氣影響，諸多短板讓科學(xué)家們急切地想要找到一種更好地利用太陽的方式。于是，一個(gè)20世紀(jì)的“腦洞”再次被提起……

“完美構(gòu)想”

在太空特定的軌道上，太陽能發(fā)電板能始終對(duì)準(zhǔn)太陽，每天大約99%的時(shí)間在持續(xù)發(fā)電?？臻g太陽能電站還不會(huì)受到氣候干擾、季節(jié)晝夜變化及地理位置的影響，更不存在污染排放。

既能穩(wěn)定地給地球供電，還不會(huì)占用寶貴的土地資源，豈不是兩全其美？可為什么這個(gè)“完美構(gòu)想”一直都沒有實(shí)現(xiàn)呢？

因?yàn)橐粋€(gè)太陽能發(fā)電站的面積至少要10平方千米，相當(dāng)于1400個(gè)足球場(chǎng)。而目前人類最大的空間設(shè)備——國際空間站的長寬只有109米和73米。受制于成本、技術(shù)、安全、設(shè)備等問題，空間太陽能電站一直停留在理論層面。

不過，隨著20世紀(jì)70年代和90年代的幾次能源危機(jī)，這一計(jì)劃已經(jīng)在世界范圍內(nèi)重啟。

跨世紀(jì)的“腦洞”

1968年，美國科學(xué)家彼得·格拉賽首先提出了建造空間太陽能電站的構(gòu)想：將無比巨大的太陽能電池陣放置在地球軌道上，組成太陽能發(fā)電站。這樣無論刮風(fēng)下雨，太陽能都能24小時(shí)不間斷供應(yīng)。

地球同步軌道發(fā)電站

建設(shè)位置：地球上空約3.6萬千米的同步軌道上。

優(yōu)點(diǎn)：地球同步軌道離地球比較近，進(jìn)行電能傳輸以及進(jìn)行管理和維護(hù)都很方便。

缺點(diǎn)：3.6萬千米的地球同步軌道上，軌道資源非常緊張，各種各樣的衛(wèi)星以及航天器大多會(huì)占用這個(gè)軌道，有很大“出車禍”的風(fēng)險(xiǎn)。

月球軌道發(fā)電站

建設(shè)位置：月球軌道上。

優(yōu)點(diǎn)：受地球陰影的影響比同步軌道小得多，可以增加發(fā)電的效率，還可以為以后建立月球前沿基地帶來幫助。

缺點(diǎn)：月球軌道距離地球很遠(yuǎn)，建設(shè)的難度和成本都會(huì)大幅度增加。

把太空電“射”向地球

已經(jīng)在太空采集到太陽能，并把它轉(zhuǎn)化成電能了，又該怎么把這些電送回地球呢？

目前人類進(jìn)行遠(yuǎn)距離無線能量傳輸?shù)霓k法是“微波輸電”和“激光輸電”。

微波輸電：先通過微波轉(zhuǎn)換器將電能轉(zhuǎn)換成微波，再通過發(fā)射站將其傳輸至地面接收站。地面再將微波轉(zhuǎn)換為工頻交流電（國家規(guī)定的電力工業(yè)及用電設(shè)備的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)電壓）。微波輸電通過大氣層時(shí)，能量損耗僅有2%左右。

激光輸電：利用一個(gè)激光轉(zhuǎn)換器將常規(guī)電能轉(zhuǎn)換成可視激光束，射向地面的激光被接收后，在專門的光電電池中轉(zhuǎn)換回電能。激光輸電會(huì)受到云層、霧霾等天氣條件的影響。

這兩種遠(yuǎn)距離傳輸電能的方法目前都還不太成熟，空間太陽能電站的儲(chǔ)能問題也尚待解決——傳統(tǒng)的儲(chǔ)電設(shè)備都不能適應(yīng)太空高密度、超低溫儲(chǔ)能的需求。科學(xué)家們正在攻關(guān)，相信在不遠(yuǎn)的將來，我們都能感受到太空發(fā)電站帶來的便捷。