充分利用太陽能是人類社會發(fā)展的必然

能源是人類社會賴以生存和發(fā)展的主要物質(zhì)基礎(chǔ)。能源問題是制約我國以及全世界社會與經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的極為重要的問題。以煤、氣和石油等為主的傳統(tǒng)能源在人類社會的發(fā)展中起到了非常重要的作用，而且在未來的一段時(shí)間內(nèi)仍將是人類的主要能源。這類消耗型傳統(tǒng)能源不僅在未來幾十年到百余年間將消耗到無力支撐世界發(fā)展的程度，而且對全球氣候變化的負(fù)面影響，可能也會令人類無法承受。對這種嚴(yán)峻的局面，世界各國都在大力尋求和發(fā)展新的、清潔的能源，開發(fā)可再生能源。在所有可再生能源中，太陽能是最豐富、最清潔的。充分利用太陽能可能將成為解決人類長期能源和環(huán)境問題的最終答案。

太陽是一個(gè)巨大的核聚變反應(yīng)堆，距離地球平均約1.5億千米，輻射到地球的能量僅為其總發(fā)射能量的22億分之一左右，但這份太陽能對地球而言，卻是地球賴以存活的非常巨大的能量。太陽一秒鐘輻射到地球的能量，相當(dāng)于燃燒500萬噸優(yōu)質(zhì)煤所發(fā)出的能量。太陽作為一個(gè)穩(wěn)定的能源還可持續(xù)輻射數(shù)十億年。太陽能是直接的電磁波輻射，在利用時(shí)沒有化學(xué)或核變過程，不會對氣候、環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響。可以說太陽能是大自然賜予人類的取之不盡、用之不竭的、清潔的能源。

從地面到空間軌道，甚至到月球上都可以利用太陽能。地面因受晝夜，大氣層的反射、散射、吸收，以及地區(qū)緯度、天氣等的影響，能夠利用的太陽能平均為每平方米250瓦左右，但是，地面面積很大，輻射到地面的總能量也十分巨大，平均輻射到地球上的能量，可達(dá)百億兆瓦的量級。此項(xiàng)由太陽天然供給的巨大能量，除天然利用之外，還應(yīng)大力加強(qiáng)人為的開發(fā)充分利用。由于太陽輻射到地面上的波動性太大，每天每時(shí)都在變化，每天都有從零到最大輻射、從最大輻射到零的循環(huán)大波動。

地面太陽能的利用，一般都要有相應(yīng)的儲能設(shè)備與之配合。在地面利用太陽能發(fā)電，一天只有白晝能獲得太陽輻射發(fā)電，就是在白晝，還會受到云、霧、雨、雪和塵埃的影響，達(dá)到全額發(fā)電的時(shí)間也不是全部。因此，地面太陽能電站一般只宜進(jìn)入電網(wǎng)，作為輔助和調(diào)節(jié)電站使用。

要把地面太陽能電站作為主力電站使用，必須解決諸多技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的問題。

例如，應(yīng)能提供所需容量的地面太陽能電站的蓄電系統(tǒng)，這類系統(tǒng)大到一定程度，例如萬千瓦級以上，技術(shù)上難度很大，即使技術(shù)上可突破，在經(jīng)濟(jì)上和環(huán)境方面也需付出很多，是否值得都是疑問。又如主力電站需要晝夜供電，因此這樣的地面太陽能電站，需要的容量應(yīng)是白晝供電加夜晚儲電之和。按晝夜供電量相等粗估，是調(diào)節(jié)補(bǔ)充電站的兩倍。兩倍容量再加上蓄電系統(tǒng)組成的電站，必然是高成本的電站，恐難普遍發(fā)展。只有在環(huán)境、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件值得高價(jià)投資的情況下才宜發(fā)展。因此，發(fā)展地面太陽能電站一般還不能當(dāng)做替代消耗性燃料的主力電站的有效途徑看待。

航天器的能源主要是太陽能。幾乎所有的航天器都有太陽能發(fā)電和蓄電池儲電的供電系統(tǒng)。這是因?yàn)槌说厍蛲杰壍劳?，所有的地球軌道上都有太陽輻射波動大的問題。在地球的同步軌道上，太陽輻射的波動很小，一年中僅在春分和秋分前后45天，每天有十幾分鐘到70多分鐘的地球遮擋，累計(jì)一年小于4天，也就是說在99%的時(shí)間內(nèi)均可穩(wěn)定接收太陽能。在此軌道上的不同定點(diǎn)位置上，發(fā)生地球遮擋的時(shí)間不同，在不同定點(diǎn)建設(shè)太陽能電站，可以互補(bǔ)抵消太陽能輻射的波動。因此，空間太陽能電站基本上沒有發(fā)電的波動，無需蓄電系統(tǒng)配套，可作為主力電站使用。在此軌道上，由于太陽光線不會被大氣減弱，也不受季節(jié)、晝夜變化的影響，可直接受到太陽光的照射，能接收的太陽輻射可達(dá)每平方米1353瓦，是地面的5倍以上。僅在地球靜止軌道（高度3.6萬千米）上，一條10千米寬、1000千米長的太陽能接收帶，就可以連續(xù)接收高達(dá)135億千瓦的太陽輻射，而地球同步軌道的帶長達(dá)26萬多千米。

利用能提供非常巨大、穩(wěn)定的太陽能的這一空間帶，解決我國及世界未來的能源問題，應(yīng)是符合科學(xué)發(fā)展觀的明智之舉。

空間太陽能電站的研發(fā)概述　　

從長遠(yuǎn)、可持續(xù)發(fā)展的角度看，利用新的、清潔的、取用不竭的太陽能在地球同步軌道上發(fā)電，建設(shè)空間太陽能電站（也稱天基太陽能電站，以下簡稱空間電站），以無線電力傳輸方式向地面供電，替代現(xiàn)在的以燃油、燃?xì)夂腿济簽橹鞯陌l(fā)電和有線電力傳輸方式，是一條長期可持續(xù)發(fā)展和對應(yīng)全球能源危機(jī)和氣候變暖的有希望的途徑。

1968年美國Peter Glaser博士提出，在地球同步軌道上這一可以連續(xù)穩(wěn)定接收太陽能的空間帶上，建設(shè)空間太陽能電站，將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，利用無線電力傳輸方式將電力傳送到地面使用的設(shè)想。之后，美國為研發(fā)空間太陽能電站做了很多工作，提出了多種不同構(gòu)型的空間電站設(shè)想方案。一般說來，空間太陽能電站主要的組成是3大部分。如圖所示的是一個(gè)利用微波無線電力傳輸方式的空間電站構(gòu)想，圖中：1是太陽能轉(zhuǎn)換為電能的空間部分；2是將電能發(fā)送到地面的空間天線部分；3是地面接收無線電力的接收天線陣部分。

從Peter Glaser博士提出百萬千瓦級空間電站的設(shè)想以來，如今四十幾年已經(jīng)過去，雖然連一個(gè)能夠稱得上試驗(yàn)性的空間電站都沒有研發(fā)出來，但是社會，特別是航天技術(shù)、光電技術(shù)和材料科學(xué)等的巨大發(fā)展和進(jìn)步，已建立起研發(fā)空間電站的科學(xué)、技術(shù)和經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)。

空間電站，在可預(yù)見的未來，將會是尺寸、質(zhì)量和規(guī)模最大的空間基礎(chǔ)設(shè)施。例如一個(gè)基本上可作為主力電站的10萬千瓦的空間電站，太陽電池的面積可能大于1平方千米，傳輸電力的天線直徑可達(dá)百米量級。如何構(gòu)建這么大的航天器？如何把它送到地球同步軌道上定點(diǎn)？如何控制？電力如何傳送到地面？按現(xiàn)在的水平，只能說出有什么基礎(chǔ)和有什么途徑可供選擇。要達(dá)到具有空間電站的研制和建設(shè)能力的水平，還需要做大量的研究、發(fā)展、試驗(yàn)和驗(yàn)證工作，需大量地自主創(chuàng)新，需攻克若干關(guān)鍵技術(shù)，也需要國際合作，還有很長的路程和很多的困難需要跨越和克服。

但是“千里之行始于足下”，只要認(rèn)準(zhǔn)充分利用太陽能是可持續(xù)發(fā)展，是解決全球能源危機(jī)和氣候變化的可行的重要途徑，清楚空間電站能提供穩(wěn)定的、巨大電力，認(rèn)清建設(shè)空間電站任務(wù)的艱巨，那么就應(yīng)該及早啟動空間電站的研發(fā)，一步一步，有序、有效地勇往直前向建設(shè)空間電站的目標(biāo)前進(jìn)。

日本已啟動研發(fā)空間電站，在2009年4月發(fā)布的10年《宇宙基本計(jì)劃》的4項(xiàng)開發(fā)項(xiàng)目中的一項(xiàng)就是“天基太陽能發(fā)電研究開發(fā)”。

 

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