談起雄心勃勃的空間太陽能電站計劃,今年90歲的中科院院士王希季精神抖擻。
“發展空間電站可以促進國際合作,誰引領清潔的可再生能源的開發利用,引領航天事業,誰就可能引領全球。”8月28日,王希季在第四屆中國能源環境高峰論壇上表示。
空間電站計劃,是指在太空中建立太陽能發電站,然后通過微波或者激光等形式傳輸到地面,地面接收空間發射來的能輸,轉換成為電能以供地面使用。該計劃最早在1968年由美國Peter Glaser博士提出,全稱是空間太陽能電站。
由于太空的太陽輻射每平方米可以達到1353瓦,是地面的5倍以上,在地球同步軌道,99%的時間可以接受太陽能輻射。如果在地球同步軌道上部署寬度為1000米的太陽能電池陣環帶,以轉換效率100%計算,從理論上說,其1年接受的太陽能輻射,可以為地球可知開采石油儲能的能量總和。
目前美國、日本、歐洲、俄羅斯等都提出了自己的國際空間太陽能電站的構想,預計投資數百億美元,建立100萬千瓦的商業性裝機電站,在2030-2040年投入使用。目前中國暫時還沒有起步。
為此,由王希季為代表的中國科學院學部咨詢評議項目——《空間太陽能電站技術發展預測和對策研究》8月份結題完成,該項目由多名中科院和工程院院士完成。該項目建議國家發改委盡快抓太空電站的論證和頂層設計,以明確發展目標和指導思想,提出發展路線圖和工程初始方案論證。
在此基礎上,在2020年前深化發展路線圖深入方案論證,提出關鍵技術和先期必須創造的條件,進一步深化發展路線,并逐步開展攻克關鍵技術和創造條件的工作。
第三步,2030年進行并完成整個空間站的研制,在軌實驗和驗證工作。最后在2040年建成商業性的太陽能空間電站。
“太空電站計劃將培植新產業”
中科院院士王希季認為,太空電站將從根本上改變人類利用和獲取能源的方式,將會帶來新能源、新材料、光電、電力技術等多個科學技術領域的重大創新,可能會引發一場新的技術革命。
據記者了解,目前航天技術已經被列入到國家新興戰略產業領域,建立太空太陽能電站,屬于高端航天技術的一部分,由于涉及的部門眾多,推進此項目將帶動多個產業的興起和技術革新。
“大規模開發利用空間太陽能,將極大地提高經濟發展速度和質量,可能會引起經濟基礎的飛躍,而導致新的技術革命,甚至產業革命。”王希季說。
目前中國的地面太陽能電站發展迅速,2010年中國太陽能光伏發電容量為80萬千瓦,太陽能熱水器面積有1.68億平方米。國家“十二五”規劃提出,2015年太陽能光伏發電容量要達到1000萬千瓦,2020年達到2000萬千瓦。
不過,由于地面太陽能的實際接受的輻射只有太空的1/5,加上經常因為天氣因素導致無法接受太陽能,因此地面太陽能電站的實際效果大打折扣。相比而言,太空電站99%的時間可以穩定接受太陽能輻射,而且接受的輻射是地面的5倍以上。
中國空間技術研究院副院長李明指出,近期墨西哥灣漏油以及日本核電站發生重大事故,加劇了人們對傳統能源的擔心。而水電和風電都存在不穩定的特點,相比之下,太陽能才是人類最可信賴的能源方式。
目前國家發改委系統對于空間太陽能電站的情況并不是很了解。國家能源局的一位人士對記者回應稱,“這的確是個新東西,需要好好了解和研究。”
商業和技術可行性存疑
李明認為,目前中國航天技術經過50多年的發展,取得了巨大進步,已經為空間太陽能電站的發展提供了較高的技術基礎。
“我國已成功地發射了100多顆衛星和7艘飛船。未來十年左右將要建設70噸級的空間站設施,這為空間太陽能電站帶來機遇。”李明說。
不過,過去40年以來,太空電站計劃在其他國家并無實質性的進展,主要是發射技術難以突破。比如一個5GW(5百萬千瓦)的空間太陽能供電站的質量(按照1979年參考,需要3-5萬噸),即相當于人類50多年來發射的所有航天器的(6000多顆)的總和。
此外,1個GW的空間太陽能電站,按照30年壽命設計,總發電量為2400億千瓦時,但是以目前的造價看,需要2600億人民幣。即使按照每度電(千瓦時)為1元計算,仍入不敷出。
不過,建設空間太陽能電站的意義不能僅僅按照上述成本來測算。兩院院士閔桂榮和中國科學院院士王希季認為,開發利用軌道空間站的太陽能資源,關鍵在于實現了能源技術的新突破。
比如能源傳輸從有線變成無線,能源從過去的海洋和地下變成了以空中為主。同時能源的主要來源是以太陽能為主。發展上述工程,可以帶動交通、材料、動力、電子、微波、激光、機器人[26.40 -1.86% 研報]、防腐等技術的革新和突破。
此外,中國可以有自己的獨特路徑。比如中國可以集中力量發展重型運載火箭,以提高空間運輸能力,跨步宜一步到位,不宜分步跨越。
目前,中國每年發射的衛星重量加起來也才100噸的水平。而發射1個百萬千瓦的電站的重量則有上萬噸。即使使用新的材料,質量降低到1/10,也需要完成數千噸航天器部件的研制、發射、在軌組裝和測試。