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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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蟀率的珞子 发表于 2016-3-9 08:56 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
AESIR 发表于 2016-3-8 00:42
完全支持这个

作为技术探索,实验一下是可以的。但是考虑技术可行性经济性可靠性寿命等,还有很长的路。就像一个科研样品一样,仅仅成为样品,还是能作为产品,甚至商品,前途未明。个人只觉得军事化考虑靠谱,民用没办法和其他方式比经济,维修也不方便
zhh894217 发表于 2018-12-7 15:22 | 显示全部楼层
国内首个空间太阳能电站实验基地落户重庆璧山
2018-12-07 10:34:00来源:央广网
  央广网重庆12月7日消息(记者赵聪聪)日前,重庆璧山区与重庆大学、中国空间技术研究院西安分院、西安电子科技大学联合签署合作协议,标志着我国空间太阳能电站实验基地在璧山启动建设。该基地建成后开展的基础性实验和应用研究,将对我国今后建设空间太阳能电站、改变传统能源传输方式、破解能源供给难题等产生重大意义。

  据了解,空间太阳能电站即在地球轨道上建立太阳能电站收集太阳能,并通过无线能量传输方式向地面提供持续电力的发电系统,其构想最早由美国格拉泽博士在1968年提出,旨在利用空间丰富的太阳能资源,从根本上解决人类对清洁能源和环境保护的需求,国际上将其称为能源领域的“曼哈顿”工程。与风电、水电相比,空间太阳能电站不受昼夜、天气、地区纬度等自然因素影响,可以大规模收集、转换、利用太阳能,发电量与地面核电站相当。同时,其电能通过无线方式传输,可对偏远地区、受灾地区以及重要设施等进行定向供电或移动供电,其延伸的无线输能、无线通信等相关技术可广泛应用于军事和民用领域。

  目前,美国、日本等国家已在空间太阳能电站领域展开研究。2008年,我国将空间太阳能电站研发工作纳入国家先期研究规划,近年来提出了平台非聚光型、二次对称聚光型等空间太阳能电站方案,同时在无线能量传输等关键技术方面取得重大进步。此次落户璧山的空间太阳能电站实验基地项目,选址在璧山区福禄镇和平村,项目总占地面积约200亩,其中核心试验区约为106亩。目前已完成立项、选址、规划测绘勘界等工作,正在进行方案设计和报告编制等。

  据悉,2019-2020年为实验基地建设期,将投资2亿元建设升空试验场地、气球平台调试大厅、实验楼、铁塔等设施,并通过高度50-300米的浮空平台开展微波传能实验;2021-2025年将建设中小规模平流层太阳能电站并实现并网发电;2025年后可开始大规模空间太阳能电站系统相关工作。
http://news.cnr.cn/native/city/20181207/t20181207_524442845.shtml
ssizz 发表于 2018-12-23 19:09 | 显示全部楼层

                               
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图为段宝岩院士进行项目汇报。 校方供图 摄
  中新网西安12月23日电 (记者 边峰)“空间太阳能电站系统项目”(命名“逐日工程”)启动仪式暨高峰论坛23日在西安电子科技大学举行。该项目旨在将地球静止同步轨道上的太阳能,通过新的工程技术手段有效采集,并传输到地面成为电能供使用。
  能源问题是影响各国经济、社会发展及民众生活的基础问题。我国是能源消费大国,寻找安全、清洁的能源,以支撑未来经济和社会的可持续发展非常必要。与地面太阳能相比,空间太阳能具有照射时间长、利用效率高、能流密度大、持续稳定、不受昼夜和气候影响等优点。

                               
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图为陕西省“空间太阳能电站系统”重点实验室揭牌。 校方供图 摄
  据专家介绍,理论上,如果在地球静止轨道上部署一条宽度为1000米的太阳能光伏电池阵环带,假定其转换效率为100%,那么它在一年中接收到的太阳辐射通量约等于目前地球上已知可开采石油储量所包含的能量总和。
  空间太阳能电站是在太空收集太阳能,然后转换为电能,再以无线能量方式传回地面,最后将微波转换成直流电后送入普通电网中。启动仪式上,西安电子科技大学段宝岩院士就该项目承担的研究内容、关键技术节点、技术指标及成果等内容进行了汇报。
  据介绍,段宝岩院士团队对空间太阳能电站开展了系统性研究,提出了功质比(单位质量可发的电)领先世界水平的欧米伽(OMEGA)创新设计方案,得到广泛关注,该团队先后发表了多篇高水平论文,并初步完成了室内验证。经段宝岩院士提议并讨论,将“空间太阳能电站系统项目”命名为“逐日工程”,取“夸夫逐日”之意,喻示该项目将造福人类。
  西安电子科技大学校长杨宗凯表示,空间太阳能电站是航天技术服务国民经济和国家安全急需的一项工程,是着眼于国家能源战略和人类福祉的一次深刻的能源革命。首个全系统、全链路太阳能电站地面验证中心将落地西安,希望大家通过这个平台,一起追逐科技强国的梦想。

                               
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图为启动仪式现场。 校方供图 摄
  中国工程院二局局长高中琪表示,随着空间技术和相关技术的快速进步,空间太阳能电站有可能成为实现可再生能源战略储备的重要手段之一,中国工程院一直对这个前沿方向的研究非常重视。希望通过此次论坛进一步推动这项工作新的研究和进展,希望空间太阳能电站的关键性技术研究能够不断取得新的推进。
  陕西省副省长赵刚表示,以空间太阳能电站项目团队为代表的科技工作者提出了领先世界水平的“OMEGA”创新设计方案,这是西电服务国家战略需求,勇于自主创新而取得的重要成果,希望西电以“逐日工程”等项目为纽带,不断提高服务陕西经济发展的能力。
  当天的启动仪式上,还对陕西省“空间太阳能电站系统”重点实验室和“空间太阳能电站系统”交叉研究中心进行了揭牌。

http://www.chinanews.com/ny/2018/12-23/8710469.shtml


LHTLQQ520 发表于 2018-12-23 20:23 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
这就是前沿科技研究,不提前下手,等到发达国家搞定再研究,就已经晚了~~~加油
zhh894217 发表于 2019-3-13 17:56 | 显示全部楼层
“九天之火”造福人类

空间太阳能电站的OMEGA方案

“太空探索永无止境。”习近平总书记在2019年2月20日会见探月工程嫦娥四号任务参研参试人员代表时强调,伟大事业都始于梦想,伟大事业都基于创新,伟大事业都成于实干。习近平指出,我国广大科技工作者要为人类和平利用太空、推动构建人类命运共同体贡献更多中国智慧、中国方案、中国力量。

将时空的镜头切换到2018年12月23日上午,被命名为“逐日工程”的空间太阳能电站系统项目启动仪式在西电隆重举行,陕西省副省长赵刚出席启动仪式并讲话。中国工程院院士、重庆大学教授杨士中,中国工程院院士、西安交通大学教授卢秉恒,中国工程院院士、国防科工局探月中心总设计师吴伟仁,中国工程院院士、西电教授段宝岩,中国空间技术研究院副院长李明,中国工程院二局局长高中琪,西电校长杨宗凯等出席了启动仪式。

在“逐日工程”启动仪式上,杨宗凯与陕西省科技厅副厅长兰新哲共同为西电“空间太阳能电站系统”陕西省重点实验室揭牌,西电副校长李建东与国防科工局吴伟仁院士共同为西电“空间太阳能电站系统”交叉研究中心揭牌,并与西安市经开区管委会主任钱虎威共同签署了关于合作共建“逐日工程”的协议。自此,空间太阳能电站的研制开发将推动翻开太阳能高效转换利用的新篇章!

“上天的卫星展开天线,既要轻,口径也要大,不能小了,小了增益不够,所以产生矛盾,要求大口径、高精度、轻重量、高收纳比,高收纳比就是发射的时候要收起来,入轨再自动展开,跟地面上不一样,比地面上难。空间太阳能电站系统的天线要大得多。”机电工程学院执行院长黄进科普式地对记者说道。据了解,在段宝岩带领下,他们做卫星展开天线很多年,已经突破了多项关键性技术,像我国首部星载大口径可展开天线“天通一号”、主力战舰近程反导武器系统火控雷达就采用了他们的创新成果。

面对日渐紧迫的能源危机,以及使用化石能源导致的温室效应、环境污染等问题,世界各国都在积极寻找方便、清洁的新能源。综合考虑安全因素及使用条件,太阳能将是解决能源问题的根本出路之一,而发展空间太阳能电站则是高效利用太阳能的有效途径之一。空间太阳能电站是指将地球静止同步轨道上的太阳能,通过新的工程技术手段进行有效采集,并以微波方式传输到地面转换成电能供使用的系统。从产能效率上看,在地球静止轨道上,每平方米可接收太阳能约1400瓦,除春分和秋分以外,太阳辐射强度基本不受时间和空间限制;而在地面上,由于大气的吸收和散射,以及季节、昼夜等变化,到达地面的太阳辐射量每平方米约为140瓦。再加上位于静止轨道聚光器的高倍聚光,产生能量的倍数会更大。因此,一旦攻克空间太阳能发电技术,就有望逐步解决人类社会面临的能源危机,获得“取之不尽,用之不竭”的清洁可持续能源。

“在段宝岩院士的带领下,西安电子科技大学机电科技研究所暨电子装备结构设计教育部重点实验室,近些年来通过对空间太阳能电站设计方案和相关理论技术进行深入而系统的研究,针对国内外提出的多个空间太阳能电站方案,于2014年9月提出了一种高效、稳定、易控的空间太阳能电站创新设计方案—OMEGA(欧米茄)。”黄进介绍道。

国家对此高度关注,专门组织专家予以论证,并列入国家国防科工局“十三五”重点研发计划的支持项目中。西电也予以高度重视,于2014年5月成立了空间太阳能电站项目群,2016年将该项研究列为学校“双一流”建设重点项目,支撑建造我国首个全系统、全能量转换链路的空间太阳能电站地面演示验证系统。

从此,西电电子机械工程学科的发展开始由机电耦合天线结构设计研制,迈向以空间太阳能电站设计研制为主的多个科学问题和关键技术攻关的创新之路,从陆地、海洋到天空、宇宙,驱动观天之眼,敢采九天之火。

OMEGA(欧米茄)空间太阳能电站设计方案是段宝岩团队在认真分析国际上已有的几个典型设计方案基础上提出的。这一方案避免了聚光器系统大惯量、大范围旋转运动,通过线馈源一个自由度的运动代替了美国NASA于2012年提出的ALPHA方案数千组镜面的协同调整,不仅能显著降低系统调整难度,而且能大大降低三明治结构所带来的热控压力。更为重要的是,使功质比(天上系统的单位质量所产生的电)提高约24%。

2017年4月,在美国圣路易斯召开的“国际空间技术开发与应用大会”上,段宝岩应邀作了报告。2017年10月,在有两弹一星功勋科学家王希季院士,两弹一星功勋科学家暨国家最高科技奖获得者孙家栋院士,张履谦、杨士中、龙乐豪、范本尧、葛昌纯、刘吉臻等十余位两院院士及知名专家出席的第二届空间太阳能电站发展技术研讨会上,作为三个大会特邀报告之一,段宝岩代表研究团队作了题为“空间太阳能电站研究新进展”的特邀报告,深入阐述了三年来研究的新进展。该学院副教授张逸群、副教授郑峰,以及博士李仙丽、张树新也分别作了相关专题报告,并与有关学者进行了深入研讨,受到了与会专家的广泛好评。
http://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2019/3/344211.shtm
swiftosos 发表于 2019-3-13 18:11 | 显示全部楼层
921新载人CBC20次发射可以将千吨质量送上天
2030年前也许空间试验电站我们就可以搞定了。。。。。。
楠宫晓风vn 发表于 2019-3-13 18:23 | 显示全部楼层
darklighter 发表于 2015-10-31 19:24
上述1GW方案就算可行,要提到“解决能源问题”的高度,至少也要建数百个……

还有一些其他的原理性问题 ...

https://space.nss.org/space-solar-power-library/
这里有NSS学会的整理的一个资料集,之前清理书签时找到了一直没补发。
相关论证国际上做过太多了,钱学森实验室那个设计耀眼之处在于简化了整体设计,终于接近一个工程项目而非科幻小说了……
特别是下面这篇,可以发现钱学森实验室方案的自由飞机器人辅助展开、电池板模块与天线阵列模块几乎都不是原创。
https://space.nss.org/media/SPS-Alpha-The-First-Practical-Solar-Power-Satellite-2012-Mankins.pdf

郭夫子 发表于 2019-3-13 18:24 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
swiftosos 发表于 2019-3-13 18:11
921新载人CBC20次发射可以将千吨质量送上天
2030年前也许空间试验电站我们就可以搞定了。。。。。。

50次发射能把1000吨有效载荷送进工作轨道那都是烧了高香了。
swiftosos 发表于 2019-3-13 18:26 | 显示全部楼层
郭夫子 发表于 2019-3-13 18:24
50次发射能把1000吨有效载荷送进工作轨道那都是烧了高香了。

嗯。。。。。。。。。。
看样子需要超级复用火箭来射这个玩意,一次射50吨上工作轨道,就OK了
楠宫晓风vn 发表于 2019-3-13 18:30 | 显示全部楼层
暗夜流星 发表于 2016-1-12 16:43
钱学森实验室太阳能电站概念获得国际竞赛一等奖
http://www.cast.cn/CastCn/Show.asp?ArticleID=49452
...

那个……NSS是个民间非盈利组织,含金量也就那样(最重量的嘉宾是ULA的CEO),一个国家重点实验室参加这种奖项本就是欺负人了……
NSS现在还在搞空间定居大赛,那方案堪称群魔乱舞,和写网络小说一样。
郭夫子 发表于 2019-3-13 18:44 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
swiftosos 发表于 2019-3-13 18:26
嗯。。。。。。。。。。
看样子需要超级复用火箭来射这个玩意,一次射50吨上工作轨道,就OK了

长9一次性运力都不够50吨。
hyperion 发表于 2019-3-13 19:19 | 显示全部楼层
楠宫晓风vn 发表于 2019-3-13 18:23
https://space.nss.org/space-solar-power-library/
这里有NSS学会的整理的一个资料集,之前清理书签时 ...

太空的年均累计光通量大约是地表的5~10倍。但是从电力到微波再到电力的能量转换效率也就是60%,也即论同等光伏面积获得的年均发电量,太空光伏只有地面光伏的3~6倍。而它的建设成本呢?是十倍还是三十倍?要知道SPS需要搭配相控阵的微波发射器,还需要用火箭发射上去,怎么可能太便宜。相比之下1kW地表光伏也就是不到一千刀而已。

大略估算了一下,即使对空间光伏和入轨发射成本都极度乐观时,它也不太可能与现有能源竞争。下面简单估计一下:
        薄膜光伏比功率可达1kW/kg-AM0(这是NASA未来规划的超高比功率光伏组件的性能指标,但是很显然它不可能又轻巧又廉价);假设光伏电池全寿命衰减20%,微波发射器效率高达85%,天线及传输损失10%,微波接收器效率85%,则总效率65%(效率估算极度乐观)。
        那么额定接收功率1300MW空间光伏电站,需要2500MW的光伏组件,重量约2500T;还需要1700MW的微波发射组件,乐观假设其比功率与薄膜光伏相同,则重量1700T;其他结构及附属设备吃掉一半重量,那么1300MW空间光伏电站总重量起码也要8400T。假设光伏组件价格$1/W(这么高比功率的光伏组件不可能那么便宜,这里是过分低估了。廉价光伏大约只能实现10-30W/kg比功率,是这个的1-3.3%),微波发射系统$2/W,其他结构及附属设备占制造成本26%,入轨价格$375/kg-GTO(按照BFR能实现$100/kg-LEO计算,空间光伏电站靠电推再从GTO转移到GEO),那么制造成本要$8000M,发射费用$3150M,太空组装成本与发射成本相同,总成本$14300M,单位成本$11/W,年发电时间7500h,寿命20年,上网发电成本$0.11/kWh(假设上述费用占发电成本67%,投资贷款无息),这里还没计算地面接收站的成本与上网后国家电网收的钱。相比之下地面光伏的上网发电成本约为$0.02-0.045/kWh(投资贷款无息,这还是现在,没考虑光伏的继续降价),即使附加昂贵的锂离子电池储能(按照电池组成本$200/kWh,循环寿命4000次计算)也不过$0.07-0.095/kWh,而且储能式光伏可以直接为用户供电,不用走电网也不被收取费用。显然就算是对空间光伏和入轨射发成本都极度乐观,它甚至也竞争不过完全电池储能光伏的夜间电价。既然如此太空光伏有什么用呢?
hyperion 发表于 2019-3-13 19:22 | 显示全部楼层
swiftosos 发表于 2019-3-13 18:26
嗯。。。。。。。。。。
看样子需要超级复用火箭来射这个玩意,一次射50吨上工作轨道,就OK了

丢在LEO轨道(相对较高的LEO轨道,比如700km以上,空气阻力不大),然后靠电推自己爬上去。
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