中美英把发电站建到太空去

　　图片来源：NASA
　　据《泰晤士报》报道，英国政府正在考虑一项160亿英镑（约合1300亿人民币）的提议：在太空中建一个太阳能电站。
　　是的，你看的没错，空间太阳能是英国政府净零创新投资组合（Net Zero Innovation Portfolio）中的一项技术，它已被确定为一种潜在解决方案，或将与其他解决方案一起让英国在2050年实现净零排放。
　　但是，太空中的太阳能电站将如何运作？这项技术有哪些优点和缺点？
　　空间太阳能电站会在太空中收集太阳能，然后将其传输到地球上。虽然这个想法本身并不新鲜，但最近的技术进步使这一前景更容易实现。
　　空间太阳能发电系统将用到太阳能发电卫星，一种配备太阳能电池板的巨型航天器。太阳能通过这些面板产生电流，随后转成微波，无线传输到地球，地面上的天线，也就是整流天线，则将用于将微波转换为电能，然后输送到电网。
　　在轨道上，空间太阳能电站一天24小时都会受到光照，因此可以持续发电，相比之下，地球上的太阳能系统只能在白天发电，光照情况还要取决于天气。
　　预计到2050年，全球的能源需求将增长近50%，空间太阳能可能是满足全球能源部门不断增长的需求和应对全球气温上升的关键。
　　一些技术挑战
　　空间太阳能电站基于模块化设计，其中大量的太阳能模块须要由在轨机器人进行组装。把所有这些元素运送到太空是一件既困难又昂贵的事情，还会对环境造成负面影响。
　　初期，太阳能电池板的重量被认为是一个技术阻碍，但现在，科学家已经开发出了超轻型的太阳能电池（太阳能电池板由较小的太阳能电池组成）。
　　如今，科学家认为空间太阳能在技术上是可行的，主要得益于关键技术的进步，包括轻型太阳能电池、无线电力传输和太空机器人技术。
　　重要的是，即使只是组装一个空间太阳能电站，也须要发射多次航天飞机。尽管从长远来看，建造空间太阳能的目的是减少碳排放，但与太空发射相关的排放量以及成本其实都很高。
　　目前，航天飞机几乎不可重复使用，好在像Space X这样的公司正在努力改变这一点。能够重复使用的发射体系将显着降低空间太阳能的总体成本。
　　如果我们成功地建造了一个空间太阳能电站，运行起来也会面临着一些实际挑战。首先，太阳能电池板可能会被太空碎片损坏；此外，身处太空中的面板由于不受地球大气层的保护，面对更强烈的太阳辐射将使它们的降解速度比在地球上更快，这会降低它们能够产生的能量。
　　无线电力传输的效率则是另一个问题，远距离传输能量本身就很困难，更何况是从太空中的太阳能卫星传输到地面。根据目前的技术，收集到的太阳能中只有很小一部分能传输到达地球。
　　试点项目已经在进行中
　　美国的空间太阳能发电项目（Space Solar Power Project）正在开发高效的太阳能电池，以及优化用于太空的转换和传输系统，美国海军研究实验室（US Naval Research Laboratory）于2020年在太空测试了太阳能组件和电力转换系统。
　　2010年8月中国空间技术研究院举办的空间太阳能电站技术研讨会上，多位院士与专家就提出了我国空间太阳能电站发展路线图，两个不同的空间太阳能项目在2018年12月同时启动，其中，全国首个空间太阳能电站实验基地已于2022年3月中旬完成了实验楼主体工程，位置在重庆璧山，目标是到2035年拥有一个能正常运行的系统。
　　根据弗雷泽-纳什咨询（Frazer-Nash Consultancy）公司最近的报告，在英国，170亿英镑（约合1400亿人民币）的空间太阳能开发是一个可行的概念。该项目预计将从小型试验开始，到2040年建成一个可运行的空间太阳能电站。太阳能卫星直径为1.7千米，重约2000吨，地面天线会占用大量空间，大约6.7千米 13千米，考虑到英国的土地使用情况，它更有可能被放置在海上。这颗卫星将为英国提供2GW的电力，这听起来是相当多，但对英国约76GW的发电量来说贡献很有限。
　　由于初始成本极高，投资回报缓慢，空间太阳能电站项目需要大量的政府资源以及私营公司的投资。但随着技术的进步，太空发射和制造的成本将稳步下降，这类项目在未来将允许大规模制造，这应该会在一定程度上降低成本。
　　太空太阳能能否帮助我们实现净零排放仍有待观察，其他的能源技术，例如多样化和灵活的能源存储、氢和可再生能源系统的增长，目前有着更深入的研究和实践，也更容易得到广泛应用。
　　尽管存在挑战，但基于空间的太阳能仍然令人兴奋，它会为研究和开发带来新的机会。未来，空间太阳能技术很可能在全球能源供应中发挥重要作用。
　　参考来源：
　　[1] https://theconversation.com/a-solar-power-station-in-space-heres-how-it-would-work-and-the-benefits-it-could-bring-179344
　　[2] https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2021/8/463245.shtm