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楼主: jingyan66
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[其他主题] 我国发展空间太阳能电站的必要性和相关技术基础分析

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i2000s 发表于 2011-9-9 02:23 | 显示全部楼层

微波不是什么都能烤熟的。只有频率在分子共振波段才有加热作用。用于能量传输的微波肯定要避开水等较大的温室气体分子的共振峰的。激光是个不错的选择。不过能量再集中点,总会是比较危险,估计需要至少设计好避让空间运行的卫星/大气中的飞行器和居民区的安全系统,形成国际标准和协调制度,才会进行实用实验。要不这个武器不是光中国会开发使用的。
heito 发表于 2012-3-19 16:58 | 显示全部楼层

我国有望研发出首个商业化空间太阳能发电站系统



  文章来源:人民日报 杨旭 魏薇 发布时间:2012-03-19 【字号: 小  中  大 】   

空间太阳能发电站工作示意图。资料图片
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从水能到地热能、从风能到生物能,人类一直试图寻找更清洁、更高效的能源,来取代传统的化石能源。太空,成了一些创想者解开地球能源枷锁的蓝海。在太空建设太阳能发电站,是他们对于主力能源的全新设想。
也许,有人会觉得这个梦想遥远。但我们也将在实现梦想的过程中获益——材料技术、太阳能利用技术都极有可能因此而飞越。这场仍在发酵的科学创想,其过程和结果都将为我们酝酿一份美好。
“将中国的主力发电站建到太空去”, 这个动人心魄的想法在北京中国空间技术研究院一幢并不起眼的小楼里发酵着。一位耄耋老人,给我们描述了一幅美妙图景。
传统化石能源之外,谁能成为“新主力”
在漫漫太空之中、地球同步轨道之上,飘着一座座面积可比故宫的太阳能发电站,将炽热的太阳光转化为能量,传给地球,造福人类。
这个场景,是中科院院士王希季和同事们持续了30多年的梦想。发展空间太阳能发电站,他们认为是解决中国能源问题的根本出路。
煤炭、石油和天然气,多年来一直是中国的“主食”,占据了能源消耗的九成左右。两个预测,却让中国的能源“温饱”,都变得有些奢侈。
一个是关于石油。据国土资源部规划报告,目前我国已探明的石油只能开采14年左右,尽管每年可以新增10亿吨左右的探明储量,但可开采储备相对不足的现实依然严峻。
另一个是关于煤炭。我国煤炭探明可利用储量近2000亿吨,按照年产25亿吨原煤的速度推算仅供开采80年,不过是一个人的一生。
“近些年来,我国的石油、天然气对外依存度都超过50%。”国土资源部办公厅副主任孙家海曾对媒体表示。
年届九旬的王老铺开一沓资料,一板一眼地说起了能源问题。“中国对能源日益增长的需求,恐怕在几十年内都停不下来。”王老用手指比了一个“七”,“70亿吨标准煤,这是专家预计的2021年中国能源消耗量。”
“有朝一日,当中国的最后一块煤被丢入煤炉后,中国拿什么喂饱自己?”提出这个问题时,王老很严肃。严肃的背后,是一个令人焦急的现实:除了煤炭、石油和天然气,它们潜在的“接班人”都有各自的缺陷。
王老掐起指头,一一数来:“水能,是有限的;风能、地面太阳能,不稳定;核能,存在一定的安全隐患。这些能源满足部分需求和作为补充是可以的,但是,解决能源问题,我们要的是一条根本出路。”
在太空接收太阳能,更稳定也更有效
“取之不尽、用之不竭”,是王老对太阳能的描述,“如果太阳能成为主力能源,那我们就不用把地球挖得千疮百孔了。”
不同于我们一般理解的太阳能,王老口中的太阳能来自太空,“说得更具体一点,就是在地球同步轨道上建设太阳能发电站。”
地球同步轨道,离地面有3.6万公里,这个距离相当于在北京和上海之间来回20多趟。为什么要千辛万苦把太阳能发电站搬到这个连空气都没有的地方?
因为稳定。“在地面利用太阳能,每天每时都在波动,有云有雾就减弱,早午晚强度不一,到了晚上就完全没有了。”王老介绍,在地球同步轨道上,99%的时间都能稳定接受阳光。
也因为稳定,所以更有效率。“相同时间内,太空的日照强度是地表平均日照强度的5—12倍。”中国空间技术研究院空间新系统研发室副主任侯欣宾更是用研究数据佐证空间的优势。
世界主要航天国对空间太阳能发电站的话题已经讨论了40多年,日本媒体更是宣称在2025年后实现空间发电的梦想。在国内,中科院在《空间太阳能电站技术发展预测和对策研究报告》中提出了“四步走”战略,认为2030—2050年我国有可能研发出第一个商业化空间太阳能发电站系统,实现空间太阳能发电站商业运行。
而在侯欣宾看来,在走向这个目标的路途中,隐藏着更大的福利:“空间太阳能发电站是目前能够设想的最大空间基础设施工程。这么大的工程,会引领很多技术的发展。”太阳能电池或许会因此变得更耐用而且有效率,材料技术也可能得到一个巨大的提升,“过程所产生的影响可能不会亚于结果。”
王老则认为,空间太阳能发电站建成之后,将创造一个随时随地充满能量的神奇国度。空间太阳能发电站通过巨型太阳能电池板接收空间太阳能,并以微波束的形式输送至地面接收设备、转化为电能。这样, 不需四处寻找插座,任何时间、任意地点,手机、电器乃至汽车都可以处于充电状态。(见图)“将从根本上改变人类获取能源的地点和方式,可能会引起新的产业革命。”
国家“十二五”规划中提出抢占空间科学等领域未来科技竞争制高点。而在王老看来,空间太阳能发电站是最好的施展舞台。
将万吨级发电站送入太空,仍是个难题
尽管太阳能是取之不尽的,但地球同步轨道上适合我国使用的位置仍然是有限的。“如果不抢先一步,就有可能丢失最有利的位置。”在王老看来,中国应该主动“抢座”。
而侯欣宾认为,相较于日、美的研发工作,中国甚至还没到谈论“抢”不“抢”的阶段,“咱们更多的还是属于草拟阶段,相当于在拟定一份路线图。”中国迟迟不上手,技术是掣肘的主因。
面积大、体积重、功率高,这三个空间太阳能发电站的特性让许多技术人员都望天兴叹。“我们现在的飞船不过10吨,但一座空间发电站起码是万吨级别的,怎么把它送到天上去,并且一部分一部分地组装起来,这对现有的技术而言是个非常大的考验。”侯欣宾甚至没有想出实现的具体方法。
如果说这些技术难题只是停留在“术”的层面,那么即使在“道”的层面,中国似乎也没有准备好。“尽管科技界拟定了路线图,但是更高的层面还没有出台一个完整的方案。”侯欣宾认为,只有搭起了一个系统框架,才能去分解任务,逐个击破,现在的研讨,往往是“东一榔头、西一棒槌”。
“中国有抢先建设空间太阳能发电站的基础条件,也不乏抢先的人才,但一定要先有抢先的意识。”在王老看来,只要国家集中力量去做,我们就能在空间开发领域形成优势,“这一条路,是可以走通的。”


heito 发表于 2012-3-19 16:59 | 显示全部楼层
W020120319空间太阳能发电站工作示意图.jpg
空间太阳能发电站工作示意图
Lsquirrel 发表于 2012-3-19 17:00 | 显示全部楼层
连个太空电站的图片都是山寨美国的,谈什么技术和工程啊
heito 发表于 2012-3-19 17:01 | 显示全部楼层
很遥远!

首个商业化空间太阳能发电站系统?

点评

并非技术复杂,而是发射成本太高,除非能够大幅降低发射成本。如果电磁发射器成功,则空间太阳能发电站指日可待  发表于 2012-3-20 13:09
火箭霸男 发表于 2012-3-19 17:16 | 显示全部楼层
唉,比登月还难数十倍啊
heito 发表于 2012-3-19 17:18 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
Lsquirrel 发表于 2012-3-19 17:00  连个太空电站的图片都是山寨美国的,谈什么技术和工程啊

图片是报纸配的资料图。不过,还是觉得很飘渺
cyberia 发表于 2012-3-19 18:18 | 显示全部楼层
本帖最后由 cyberia 于 2012-3-19 18:19 编辑

在下菜鸟请教几个问题:
1除开同步轨道,可否考虑发射极地轨道的星座轮流送电?
2相对于普通光电池,采用太阳风发电(solar wind power generation)有没有优势?
http://www.physorg.com/news205411403.html
3将大型发电设备安置在月球正面和背面各一座,通过若干月球轨道和地球轨道上的中继卫星将能量传回本国,或者干脆就地利用,是否具有可行性?(当然这个很遥远,不过优点好像在于设备可以搞很大。
wzb9504 发表于 2012-3-19 19:45 | 显示全部楼层
主意不错,可是这个成本,我们享受的起吗?请版主算一算成本看

点评

要知道,这个项目就是研发重型火箭的理由之一,太不靠谱了吧  发表于 2012-3-19 20:45
这个本版早有专贴讨论,根本不可行。  发表于 2012-3-19 20:29
三毛 发表于 2012-3-19 21:48 | 显示全部楼层
楼主,怎么上传pdf文件到论坛,我有个pdf的空间太阳能发电资料想和大家分享?

点评

可以传到资料区,如果文件太大,可以传到网盘然后再资料区发个地址  发表于 2012-3-19 22:54
parifindo 发表于 2013-2-28 00:54 | 显示全部楼层

欧洲已将空间太阳能卖到四川 很多中国人还不知

欧洲已将空间太阳能卖到四川 很多中国人还不知

2013年02月27日 13:47
来源:中国科学报

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5446人参与235条评论



                               
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空间太阳能预计在2030年后实现商业化,但先期的市场拓展已经展开。(资料图)
3.5∶1——这是空间太阳能发电与地面太阳能发电的效率比。欧洲已将空间太阳能发的电卖到四川,但很多中国人却连这种电怎么来的都不明白。
■见习记者孙爱民
谈到从几万米的太空收集太阳能发电,有人觉得不可思议。高昂的设备装置费用、难以解决的电力传输问题、对人类活动的影响等等忧虑,让人觉得这个想法有点异想天开。
然而,包括欧美、日本在内的发达国家正如火如荼地开展空间太阳能发电的研究与产业发展。本报记者采访了我国几位研究该领域的院士专家,为公众揭开这一技术的面纱。
或引发新一轮产业技术革命
“发展新能源是大势所趋,其中太阳能和核能有望成为人类的终极能源。”中国科学院院士、北京科技大学教授葛昌纯表示,由于建立核聚变发电站涉及安全可靠性、核废物处理等一系列问题,空间太阳能发电在技术上更有可能在20到30年内实现商业化。
空间太阳能发电技术是指在距离地球几万米的太空布置太阳能发电装置,并利用微波或激光等无线传输手段将电传送到地面。
3.5:1——这是中国科学院院士余梦伦给出的空间太阳能发电与地面太阳能发电的效率比。“在太空中没有阴雨天也没有晚上,不会受天气等因素的影响。除去每年有几个小时会受卫星、地球等的遮挡外,其他时间可以实现全时段发电。”余梦伦在接受《中国科学报》记者采访时表示。
欧洲空间能源集团首席技术官徐枫在中国能源环境高峰论坛上提出,大规模收集和利用太阳能(包括利用空间太阳能)作为人类最基本的能源供应途径,最终将促使未来人类文明的巨大跨越。
“将空间太阳能实现商业化的背后有一系列科学难题需要解决。”葛昌纯告诉记者,“人类在开发过程中带来的技术进步可能引发新一轮的产业技术革命。”



parifindo 发表于 2013-2-28 00:54 | 显示全部楼层

不断拉大的中外差距

“我国已经超越美国成为全球第一能源消费大国,然而空间能源技术不论是在科技界还是政策制定者那里,都没得到应有的重视。”葛昌纯担心,我国空间太阳能发电研究本身就起步晚,如果再不将优势科研力量集中起来,跟国际先进水平的差距将进一步拉大。

据了解,美国在卡特总统当政时,对空间太阳能发电技术的支持达到高峰,几十年来一直没有间断。美国宇航局启动的“空间太阳能探索性研究和技术计划”提出了该国的发展路线图,为2030年的商业系统研制奠定了基础。

日本在2003年提出了“促进空间能利用”国家计划,目标是在20到30年后实现空间太阳能发电商业化。“2009年,日本航天开发局宣布已开始开发太空太阳能发电系统,该系统将从离地球表面以外3.6万千米、与地球旋转同步的卫星上的大型太阳能收集能源。”葛昌纯告诉记者。

“我国上世纪就有科学家注意到这一技术,但由于缺乏足够的支持,研究进展很慢。”葛昌纯感慨,“2012年3月份召开的国际空间太阳能电站工作组第一次会议上,13名科学家没有一名是来自中国的,足见我们跟国外的差距有多大,而且这个差距还在不断拉大。”

期待列为国家重大项目

在一次空间太阳能技术研讨会上,一位四川发展改革委的官员对葛昌纯说:“欧洲已将空间太阳能发的电卖到四川,还给我们很多的优惠,我们却连这种电怎么来的都不知道。”

“如果我们再不奋起直追、加大对空间太阳能发电技术的研究,这一战略新兴产业与国外的差距将进一步拉大,市场早晚会成为别人的。”葛昌纯表示。

作为一名航天专家,余梦伦更加专注空间太阳能发电设备的空间运输问题。“要实现空间太阳能发电与地面太阳能发电的成本持平,运用火箭的运输费用至少要降至每公斤1千元人民币。”余梦伦告诉记者,目前运输的费用是每公斤五六万元,未来能实现每公斤1千元的目标,“但前提是要加大研究的投入,没科研就不可能有进展”。

“空间太阳能发电是一个宏伟的空间和地面工程,涉及到许多重要的技术领域,如空间运输、航天器设计、微波技术、激光技术、材料技术等。”葛昌纯表示,对于我国而言,空间太阳能电站发展的战略机遇已经来临。

据葛昌纯介绍,目前我国在空间太阳能发电技术方面尚没有重大项目。“我们期待国家将其尽快列为科学发展规划重大专项和国际合作重大项目,增大项目支持,早日实现空间太阳能发电的商业化。”


i2000s 发表于 2013-2-28 03:22 | 显示全部楼层
zfss 发表于 2013-2-28 08:30 | 显示全部楼层
“欧洲已将空间太阳能发的电卖到四川”,通篇没看到实例,这个完全没实用化,哪来的电卖到四川啊

点评

说不定是2030年之后的期货呢:-)  发表于 2013-2-28 16:00
parifindo 发表于 2013-2-28 09:50 | 显示全部楼层
本帖最后由 parifindo 于 2013-2-28 09:52 编辑
zfss 发表于 2013-2-28 08:30
“欧洲已将空间太阳能发的电卖到四川”,通篇没看到实例,这个完全没实用化,哪来的电卖到四川啊

引用地址,http://news.ifeng.com/mil/4/detail_2013_02/27/22546495_0.shtml,求验证真实性

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这个太无厘头了  发表于 2013-2-28 11:39
这个太无厘头了  发表于 2013-2-28 11:39
绿皮政委 发表于 2013-2-28 15:36 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
毫无意义的举动~~什么时候太空电梯出来再谈这种缥缈的事吧
padamsli 发表于 2013-9-28 20:32 | 显示全部楼层
“中国航天在前沿探索领域也发出了越来越强的声音”。五院副院长李明在空间太阳能全体会议结束后如是说。

    早在1992年就参与空间太阳能前沿探索研究的李明介绍,面对能源并不充裕的现实国情,集团公司担起重任,积极推进空间太阳能的相关研发工作,目前,五院正在研究空间太阳能发电站的组装、姿态控制等工作。

    据悉,集团公司的相关研究项目已在去年正式得到国家国防科工局的经费支持,并在努力推动“发展空间太阳能”成为下一个国家重大专项。

http://bbs.9ifly.cn/forum.php?mo ... 5&fromuid=19237
oaki911 发表于 2013-9-29 16:48 | 显示全部楼层
padamsli 发表于 2013-9-28 20:32
“中国航天在前沿探索领域也发出了越来越强的声音”。五院副院长李明在空间太阳能全体会议结束后如是说。
...

如果空间太阳能技术能够商用化,重型火箭有巨大的经济价值了!要加快发展。

点评

这个太空电站放什么轨道,地球同步轨道还是其他轨道,其他轨道怎么设置地面电力接收设备  发表于 2013-9-29 19:50
设计时已考虑到这一点,功率密度很低到安全程度。还可以迅速散焦。  发表于 2013-9-29 17:36
这个先不说经济价值,那个无线电力传输天上设备姿态不稳定,或者精度不高,对准错误,那地面是不是都要烧焦一批  发表于 2013-9-29 17:11
iew 发表于 2014-2-12 01:51 | 显示全部楼层
65. 分布式可重构卫星系统技术(一期)项目空间激光无线能量传输技术进行演示验证

“分布式可重构卫星系统技术(一期)”项目针对未来分布式可重构卫星、空间太阳能电站等系统的工程应用需求,开展了空间激光无线能量传输技术攻关,突破了系统总体设计、大功率半导体能量激光束压缩准直和汇聚、高效光电转换、激光无线能量传输自动跟踪以及不间断稳定供电的能源管理等关键技术,研制了原理样机

通过设计非球面准直透镜组和球面汇聚透镜,实现了对半导体激光器发出的大功率能量激光束压缩准直和汇聚,发射束散角可达到1mrad;设计了一种紧密型阵列结构、拉丝连接的光电池,降低了能量激光的额外损耗,光-电转换效率达到40-45%。目前已完成系统的地面试验测试,在距离 100m 的工况下,整个系统的电-电传输效率可达 16%,接收端电功率超过 28w,达到世界先进水平

集成GPS电子罗盘、微型惯导组件、视频跟踪等先进技术,研制了针对激光无线能量传输的 APT 系统,该系统可快速自动完成目标的跟踪、对准和锁定,以满足动态过程中激光无线能量传输的需求。

已完成了车载、船载等外场演示验证,下一步将开展两个浮空平台间的激光无线能量传输演示试验

(国家遥感中心 供稿)

http://www.nrscc.gov.cn/nrscc/up ... d11391752322406.pdf
padamsli 发表于 2014-10-23 18:15 | 显示全部楼层
http://bbs.9ifly.cn/thread-13418-1-1.html
实验室高级研究员王立为首的团队关注的空间太阳能电站领域

基于东方红五号平台的空间太阳能试验卫星

空间太阳能发电 SPS(Solar Power from Space);无线电力传输 WPT(Wireless Power Transmission)

QQ截圖20141023180802.jpg

QQ截圖20141023180823.jpg

QQ截圖20141023180839.jpg

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