受《流浪地球》的啟示,中國擬建空間太陽能電站?

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最近中國首部硬核科幻片《流浪地球》持續熱播,片中關於太陽竟然先於地球毀滅的下場頗讓人關注,太陽給地球帶來了光和熱,可以說是地球上一切生命的根源。在現實生活中,科學家們一直來研究如何更好地「享用」來自太陽的恩賜,趁太陽還活著的時候。

受《流浪地球》的啟示,中國擬建空間太陽能電站?

關於對太陽能的利用已經有非常悠久的歷史,比如在中國戰國時期人們利用鋼制四面鏡聚焦太陽光來點火,而到了近代,隨著科學體系的完備,人們開始體系化地對太陽能進行研究,比如在上世界七八十年代,研究工作取得了很多突破和成果,如CPC、真空集熱管、非晶矽太陽電池、光解水制氫、太陽能熱發電等。到今天,關於太陽能運用的案例遍布在我們的身邊,與每個人的生活息息相關。

但是,相比煤炭、石油、天然氣等能源,太陽能在社會經濟效益上並不占優勢,比如,太陽能利用投資大、效果差、貯能難、占地廣,哪怕在白天標準太陽光照條件下,發電效率也僅為10%,所以導致了太陽能一直只能作為補充能源,始終在能源領域沒有擔當主角。

太陽能是典型的可再生綠色能源,只要太陽不毀滅,太陽能將永遠用之不竭,整個地球表面每年可獲得的太陽能發電量為114×1015 kWh,大約相當於當今世界能耗總量的100倍。在當前石油等不可再生資源逐漸走向枯竭的背景下,太陽能毫無疑問是未來能源的主要形式。那當前太陽能利用的問題出在哪里呢?

問題出在:今天所有的太陽能的利用都是建立在地球地面上,上面還覆蓋著厚厚的大氣層。這有什麼影響呢?太陽通過核聚變反應向宇宙空間發射的輻射功率為3.8×10^23kW的輻射值,其中20億分之一到達地球大氣層,功率為800000億kW,相當於燃燒500萬噸煤釋放的熱量。但是,到達地球大氣層的太陽能,30%被大氣層反射,23%被大氣層吸收,只有47%能到達地球表面,我們在地面上加以利用的太陽能其實已經被打了五折。

於是,科學家們開始研究,能不能在地球大氣層之外建設太陽能電站,更高效地利用太陽能呢?畢竟,大氣層外每平米面積每分鐘接受的能量大約1367w,是地表的一倍有多,而且部署在地表的太陽能電站會受到白天黑夜的影響,能真正工作的時間不到一半,而建設在外太空的空間太陽能電站則不受這一點影響,可以一直沐浴在陽光之下。

受《流浪地球》的啟示,中國擬建空間太陽能電站?

在空間太陽能電站的研究上,中國再次走在了世界的前面。最近,有媒體報導稱,中國首個空間太陽能電站實驗基地已在內陸城市重慶啟動建設——「中國科學家計劃,首先在2021年至2025年建設中小規模平流層太陽能電站並發電。下一步將是在2030年開始建設兆瓦級空間太陽能試驗電站。屆時,中國有望成為世界首個建成有實用價值空間太陽能電站的國家。」

這毫無疑問是人類能源史上一次偉大的突破,如果取得成功,將徹底突破了地球能源的困境,解決當前的化石燃料帶來的污染問題,為人類社會帶來不可想像的發展空間。

但是,有人對此計劃提出質疑,比如,在外太空的發電站如何能把電能傳輸到地面呢?

受《流浪地球》的啟示,中國擬建空間太陽能電站?

事實上,關於無線電能傳輸的研究已經在同步開展,比如微波輸能技術,這種技術應用了電磁波能量可以通過天線發送和接收的原理,將微波聚焦後定向發射出去,在接收端通過整流天線把接收到的微波能量轉化為直流電能;比如,科學家在利用電磁場的諧振進行電能傳輸上也取得了突破。

相信在不久的未來,地球上每個人都能用上直接來自太陽的清潔能源。

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