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[信息] 全球趋势 能源篇— 太空太阳能发电站不是梦! 美国、日本争抢头香!

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发表于 2008-12-10 05:34:14 | 显示全部楼层

全球趋势 能源篇— 太空太阳能发电站不是梦! 美国、日本争抢头香!

宛如好莱坞电影007情报员系列中《谁与争锋》(Die Another Day)情节,北韩反派角色使用以卫星控制的毁灭性武器,将太阳能聚集后发射无坚不摧的光束;如今,类似情节可能将真实上演,不同的是,所聚集的太阳能并非用在军事武器上,而是用以提供地球更多的能源。

  面对地球能源资源越趋匮乏、环保意识抬头的局面,各国无不竭尽所能的寻找开发新能源,不但上山下海、深入地底,现在更将脑筋动到了外太空去。

  2007年10月,美国五角大厦的国家太空安全局(National Space Security Office;NSSO)悄然提出一项研究报告,建议政府在未来10年投入逾100亿美元建造1颗能将10TW(兆瓦)太阳能传回地球的试验卫星,也就是称为太空太阳能发电站的研究专桉。

  高昂成本

  其实,早在1968年时,太空太阳能发电站的想法就已被提出。当时,美国理特谘询公司(Arthur D. Little)的工程师Peter Glaser设计了1个面积达50平方公里的太阳能电池板阵列,其中每块电池板都能产生数千瓦的能量,规划将这些电池板送入地球轨道,再将数百名组装人员送上太空完成组装工作。

  依照该计画,太空发电站的电池板能不断调整角度来面对太阳,如此能持续的聚集太阳能,再经由长达1公里的微波天线将太阳能传回地球。而地球的接收能源天线则更为壮观,佔地超过100平方公里。

  Peter Glaser表示,因为大气层外没有大气吸收、昼夜交替和云层遮挡,因此太空太阳发电站的发电量将是在地球上相同面积太阳能发电站产能的20倍以上。

  该计画在当时引起了相当大的回响,不过美国在20世纪70年代进行了初步研究后,最终还是放弃了进行,原因在于该计画的建设成本高得惊人。当时要将1颗太阳能卫星送进太空就需耗费1兆美元,而要建设整座太空太阳能发电站则至少需要发射数10颗卫星,如此高昂的成本也迫使美国不得不停止该计画。

  技术创新突破障碍助推圆梦

  随着科技的进步与技术的创新,被搁置已久的计画又被再度提出,因为近年来太阳能技术的突破,已足以克服先前的一些障碍。如前美国太空总署(NASA)研究人员John C. Mankins指出,与20世纪70年代相比,现今的太阳能电池效率至少提高了4倍以上,因此电池板的面积可大幅缩小;此外,微波传送技术也大幅提升,可用体积小、组装简便的天线模组替代1公里长的天线;最后,在外太空的组装工作已不需要人员,而改以机器人组装即可。

  日本积极研究 有后来居上之势

  不过,在美国搁置多年的计画,在日本却是如火如荼的展开。自80年代起,日本有多所大学就展开了相关研究;日本宇宙航空研究开发机构(Japan Aerospace Exploration Agency;JAXA)与日本经产省便共同资助了1,200万美元的太空太阳能10年研究计画。

  JAXA研究员森政弘(Masahiro Mori)便设计了2面巨大的镜子,将太阳光聚集到2个直径为1.25公里的太阳能电池上,然后通过微波传输器将能量传输到地球。他的目标是建设可达1,000GW (10亿瓦)发电量的太空发电站,并且要将建设成本控制在10亿美元以下。如此算来,每度电的成本将不高于0.08美元,与火力发电每度约0.05美元、核能每度0.10美元的成本相比,也算经济实惠又环保。

  此外,日本神户大学和无人太空实验自由飞行物研究所(Institute for Unmanned Space Experiment Free Flyer;USEF)的研究小组则从减少卫星重量方面进行研究。他们设计的太阳能电池板只有100平方公尺大,并固定在卫星上,同时採用模组化的设计以利日后扩展用。虽然不能调整角度面对太阳,但却使重量大幅减轻,发射成本也随之下降。研究人员表示,按照此设计,发电站在建设初期就可以开始对地面供电。

  微波传输安全性无需担忧

  不过,使用微波方式传输,在安全上的考量便引发极大的争论。诸如,此种系统是否会发生故障?是否会被恶人操纵而将微波转射到城市或重要军事目标而造成严重的灾害?飞禽或飞机飞进微波传射区域是否产生危险?接收地区或周遭居民、工作人员、动植物是否能不受微波影响?接收地区环境及气候是否会受影响?

  专家们解释,微波辐射不会产生离子化(ionizing)现象,它对有机体(生物体)没有像紫外线、X光或核子辐射的那种效果,它的最大影响因素是「热」,亦即由物质吸收微波所产生热现象的影响。一束低能微波的能量,还不如从微波炉中洩露出来的能量大,因此在安全考量上是不需过于顾虑的。

  不过,为了确保安全,还是建议在接收地区设置禁飞区和地面人员禁入区,仅用于接收从巨型卫星上传回的微波光束。

  唯一较为值得注意的是,由于光束的热能及空气中微波的吸收,可造成热        空气的上昇,有可能会造成局部的空气流动(风),并使局部地区雨量增加。但这种现象在大型发电厂和工业聚集地都发生过,所产生影响应该不致太严重。

  明日能源之星  公私企业纷纷摩拳擦掌

  综上所述,在成本、性能、安全问题都已大幅改善的情况下,太空太阳能发电站俨然成为明日的能源之星,加上气候变迁以及能源短缺问题紧迫,该计画已蓄势待发。

  据估计,发电站建成后,2年内就可以向地面送回的总电量所得便可打平建设的成本,而预估发电站约可使用30年,因此馀下的28年所送回的电量所得几乎全是淨得的,单由这点来看就具有很大的吸引力。

  除了美国与日本已投入发展外,欧洲太空总署(European Space Agency;ESA)也在2008年2月29日召开了太空太阳能会议。而美国太空岛集团(Space Island Froup)也与一家欧洲公共事业公司以及印度政府就未来购买太阳能卫星系统进行了3方面的商洽。可预见将来必定会有越来越多的国家或企业争抢这块未开发的大饼。

  太空太阳能发电站的可行性主要得益于数10年来太空事业的发展,而且这种企图将会继续刺激人类往太空探险的雄心。而此概念更可能为构想中的太空殖民地建设所需的能源与技术基础,相信也可在科学技术方面提供更多的资料与经验。

  

  图说:图为NASA提供的太空太阳能发电站的模拟图,预计不久后极有可能成真。

发表于 2008-12-12 01:13:07 | 显示全部楼层
短期内是不可能实现了,希望50年后能看到吧。
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