太阳能属于绿色可再生能源,宇宙空间储量丰富且品质优良。在宽千米的地球同步轨道上,一年内收集的太阳能量,相当于所有已知常规可开采石油储量的能量总和。相比于化石能源和核能、风能等,空间太阳能高效、持久、安全、清洁,为人类解决能源问题提供了可能。
早在1968年,美国航空航天工程师彼得·格拉塞(Peter Glaser)在《科学》杂志上发 表了《来自太阳的能量:它的未来》一文,文中提出了“太阳能发电卫星”。
科学家提出,用卫星在太空中吸收太阳能,然后再把能量转化为微波传送回地球。
1973年和1979年,在全球先后两次爆发能源危机的背景下,美国能源部在国家航空航天局(NASA)支持下,开展空间太阳能电站项目研究。
1983年,日本京都大学进行了“微波-电离层非线性作用试验”,天线口径1.3米,总发射功率1250瓦。这是全球首次在电离层进行的微波能量传输试验,从工程上验证了空间太阳能电站能量传输的可行性。
与此同时,印度、俄罗斯、英国、法国的科研工作者,亦在空间太阳能电站研究领域持续发力。
早在2010年8月,在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,12位院士和百余位相关领域专家,提出了我国空间太阳能电站发展路线图。
2014年,工信部、发改委、科技部等16个部委组织了来自国内的130余位专家开展了近一年的论证工作,论证组最终完成了《中国太空发电站发展规划及关键技术体系规划论证报告》。
专家已经提出了预算,建设这个太空光伏电站预计要花费8万亿人民币,相当于上百个三峡水电站的建设成本。
中国太空光伏电站将以四步走的设想向前推进:
第一步是2011年到2020年,这一阶段是进行太空电站的验证与设计,
第二步是2021年到2025年,这一阶段将建成第一个低轨道空间电站系统,
第三步是2026年到2040年,这一阶段将发射太空电站系统并完成组装,
第四步是2036年到2050年,这是正式实现电站商业运营的阶段,中国太空光伏电站设计使用寿命是30年。
根据路线图,2022年将实施小型发电测试,2030年左右将发电量提高到兆瓦规模,到2050年具备建设吉瓦级商业空间太阳能电站的能力。
据中国火箭的开发相关人员,中国为了在静止轨道上建设太空光伏电站系统,正准备利用新的超重量级的火箭发射的计划。
预计2030年发射的“长征9号”是中国目前正在开发的,重量约878吨,全长约57米的超重型火箭。该火箭的载重量在高度约2,000公里的地球低轨道(LEO)可载重140 ~ 150吨,投入月球转移轨道(TLI)时可载重50 ~ 53吨。
与2020年11月中国发射的月面探测器“嫦娥5号”的约8.2吨相比,可以看出其规模空前。
空间太阳能电站具有功率大、能量传输方式灵活等特点,既可成为未来稳定的能量来源,又可广泛应用于电网调度、军事无线供电、气象科学研究、应急救灾、空间供电、行星探测等多个领域。
未来的太空资源将更加珍贵。