领跑世界!中国将千吨电站送上太空,“隔空传电”效率超地球10倍

电力新视野 2023-11-16
2798 字丨阅读本文需 7 分钟

76亿人口要生存要发展离不开源源不断的能源供给,作为负责任的大国我们有责任为人类的发展探寻更多道路。为此我们用重达4.2万吨的蓝鲸一号钻井平台实现了全球首次可燃冰连续开采,建造了全球首座具备第四代核安全特征的高温气冷堆,我们还有十多年前建成的全球规模最大的三峡电站,然而这些仅仅只是开始。

人类文明延续至今如果没有太阳的能量就难以维持生存,更谈不上发展。然而我们目前的太阳能利用效率依旧处于初级阶段,为了打破这一现状中国准备打造一座穿越云层的太空三峡!

太空三峡取得阶段性突破

在现如今这个“能源大战”的时代,各国为了获得足够多的能源争的头破血流,毕竟地球上的能源有限,要满足自己国家的能源需求,同时获得长久的能源供应必须开发足够多的渠道。而在这一方面,我国已经取得了阶段性的突破,根据《重庆日报》公布的消息可知,我国首个空间太阳能电站基地将设立于重庆璧山,

这意味着我国未来将会在距离地球3.6万km的外太空建立发电站,同时也会使用隔空传电的方式将太空发电站的电力传送到地球上,以此来满足我国的电力需求。

说起这座太空电站还得从运载能力全面超越土星五号的长征九号说起。很多人认为这款能将140吨有效载荷送入太空轨道的重型火箭是中国载人登月的标配火箭,但事实上并非如此。前不久探月工程总师吴伟仁明确表态我国将在2030年左右实现载人登月,而长征九号重型火箭的首飞时间也是2030年,对于一款全新研制的火箭来说要想执行重大航天探索活动往往需要一定的时间加以磨合,很明显我们并不寄希望于用长征九号实现载人登月。

中国载人登月将依托两发2000吨级的新一代重型载人火箭实施,该火箭基于相对成熟的YF-100K泵后摆液氧煤油发动机可以在很短的周期内完成研发,预计将于2025年实现首飞,届时完全可以满足2030年载人登月发射需求。2030年首飞的长征九号将主要执行两类任务,一方面可以执行更大规模的深空探索任务,另一方面则将用于大型空间基础设施的建设,而空间太阳能电站就是空间基础设施之一。

根据规划长征九号2035年后将进入高密度发射期,放眼未来大质量航天器入轨任务也就只有重达7000吨的空间太阳能电站有此需求。完成如此大质量的航天器入轨任务即便是长征九号也需要至少发射100发,发射成本也将高达2000亿人民币以上,为了降低发射费用到2035年长征九号将实现完全复用,届时发射成本将下降10倍左右,也就是200到300亿的发射费用,预计太空三峡的总造价在1600亿左右。

发射入轨只是空间太阳能电站的工程难题之一,更大的难题在于要掌握电能空间无线传输技术,为此我国已于去年在西南地区动工兴建了一座电能微波无线传输试验基地,该基地将由近及远进行微波无线电能传输试验。从现在算起,我国将于2025年左右建设一座低轨道空间试验电站,2040年建成空间太阳能电站,2049年实现空间太阳能电站商业运行,这是一项持续30年之久的超级工程。

它是如何做到隔空传电的?

首先我们要清楚太空发电站其实利用的是太空中的太阳能,那可能很多人会问,为何不将太阳能发电站建在地球上呢?非要建到太空上,这样做是不是多此一举?

其实各国科学家之所以致力建设太空发电站以及在这方面进行大力的研究,那是因为太空发电站能够很好的将太阳能转化,而在建设以及能源转化的过程中不会对地球产生任何的影响。原因是太阳光在绕到地球表面的时候已经被大气层不断的削弱,所以实际照射到太阳能发电板上的能量并不是很大。

如果在太空中的话,那么就可以更好的接收到太阳所散发出来的能量,以目前的数据分析得知,同一平方太阳能,地球表面能获得的能量是1000w,而太空中则是14000w。在经过太空中的发电站转化之后,发电效率可以达到地球太阳能发电效率的十倍以上,而且不会产生任何的污染,因如此高的转化效率,专家也称其为“太空三峡工程”。

可即便太空发电站能够进行高效率的能源转化,它又该怎样将已经生成的电力能源传送到地球上呢?总不能去制造3.6万km的线来连接,很显然这是不现实的。对此我国科学家早就想出了解决办法,那就是将已经转化完成的电能再转化成微波,通过这种方式传送到地球,实现精准的电力输送。而重庆璧山建设的空间太阳能电站基地就是为了接收来自太空的微波,然后再将其转化为电能用于我国的电力供应。届时太空发电站可以极大的解决我国的电力需求以及其他方面的能源消耗。

值得一提的是,太空发电站的构思和建设目前全世界只有中国在进行,其他国家尚未取得突破,毫不夸张的说,在这方面中国在领跑世界各国。不过现在中国尚未完成太空发电站的建造,仍然处于计划和市实验阶段,虽然早在2020年的时候我国科学家就已经提出了相关的设想和实施计划。

但是在研究分析的时候发现很多问题,比如太空发电站如何送上外太空?太阳能转化装置以及发电板又该使用什么材料来制作?还有就是如何安全的将传送的微波转化成为直流电?要知道偌大的太空发电站绝不可能是一个小体积的构造,预计整体质量高达10万t,纵观当今各国,没有任何一个国家的火箭能够运载如此大重量的装置。

不过好在我国也是世界上为数不多的、在航空航天领域有着先进技术的国家之一,虽然不能一次性将体积如此大的空间站运到外太空,但是可以分次运输,然后进行组装。而太空发电站所使用的材料必须是抗腐蚀、耐高温、耐严寒、耐辐射的复合材料,唯有这样才能够应对太空中复杂的环境,要不然还没使用多久就得多次维修。要解决这一难题,早在2018年我国就已经设立专门的实验室寻找这一方面的科研人员和专家,在经过无数次的实验和筛选中已经找到了合适的材料。这代表着我国建设太空发电站的构想是可以实现的。

中国太阳能能源开发领跑世界

在地球资源日益减少的当下,清洁能源发展成了世界趋势,包括水力、可燃冰、风力、太阳能在内的清洁能源中,这些能源中潜力最大的是太阳能,并且太阳能和可燃冰不同是可再生能源,对人类而言取之不尽用之不竭。如今已经有不少地区依靠太阳能发电取暖。

各国都看重太阳能发电,特别是太空发电项目,美国俄罗斯日本都曾经研究过。最终还是因为技术难度太高放弃了太空发电站的设想。但中国凭借在光伏领域的技术,成功在太空太阳能能源开发上走在世界之前。

中国璧山空间太阳能电站实验基地由中国工程院杨士中院士负责,目标就是空间太阳能电站。根据杨士中院士的计划,中国建造的太阳能电站在距离地球3.6万公里的太空中,这样能避免大气层和昼夜、天气、地球唯独因素影响。一平米光伏电池能产生10-14千瓦的电力,200万平米光伏电池就能达到三峡水电站的发电站。这样的发电效率已经超过地球任何电站。

这座璧山空间太阳能实验基地是中国太空发电站计划的第一步,在2025年将在中小规模平流层中建设太阳能电站及并网发电。并在之后开展大规模太阳能电站系统应用的工作。但建造这样的庞大的太空电站,需要中国持续将大量物资设备运送到3.6万公里外的太空,这是一个庞大的工程,将耗资数千亿。也只有正在研发的长征九号重型运载火箭,才能执行这个将千万吨级别的太空工程。

一旦太空发电站建成,对整个人类文明都是一个新的突破。这个伟大的工程,被命名为逐日工程,神话中夸父为族人逐日而跑,为地留下太阳。取名逐日寓意了华夏子孙勇于担当,追逐梦想,也寓意了空间太阳能工程将造福人类。

文章来源: 劲松娱谈,巅峰高地,全视角科技

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