航空航天港

 找回密码
 注册会员

QQ登录

只需一步,快速开始

返回列表
楼主: jingyan66
收起左侧

[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

  [复制链接]
panda888 发表于 2014-11-18 14:25 | 显示全部楼层
太空电站离我们有多远?——四位院士共话空间太阳能发电技术
http://www.spacemagazines.org/h-nd-351-2_316.html#module12
ssizz 发表于 2015-3-24 16:52 | 显示全部楼层
中国未来可望到穹顶之上建太空电站
我要评论
2015年03月24日 15:18:35 来源: 新华网 我有话要说(0人参与)
    新华网北京3月24日电(记者喻菲)为了消除化石能源燃烧引起的雾霾,减少温室气体排放,彻底解决能源危机,多名航天专家建议,中国应到距离地面3.6万公里的地球同步轨道去建太阳能电站。
    一旦实施,这将远远超过“阿波罗”登月和国际空间站的规模,成为人类进入太空时代以来最宏大的太空工程。
    太空电站又称空间太阳能电站,是指在地球同步轨道上运行的超大型航天器,其上安装着巨大的太阳能电池板或激光器,将产生的电能通过微波或激光以无线能量传输方式传输到地面。
    美国科幻作家阿西莫夫曾在小说中描述过太空电站。“两弹一星”功勋科学家、中国科学院院士、国际宇航科学院院士王希季认为,这其实有一定理论根据。
    美国科学家彼得·格雷泽于1968年在《科学》杂志上发表文章,对空间太阳能电站提出了具有可行性的概念方案。
    作为太空电站的积极倡议者,从事了半个多世纪空间技术研究的王希季说:“具备商用价值的太空电站确实会非常大,它的太阳能电池板面积将达到五六平方公里,相当于约12个天安门广场的面积。”
    “或许人们能在夜空里看到它,像颗星星。”
    关于太空电站的形状,各国研究人员已提出了方形、圆形、碗形等几十种设想。
    为何将电站建到太空?
    王希季说,地面上的太阳能电站受昼夜和天气影响,供电波动太大,难以作为主力电站。而太空电站不受昼夜和天气的影响,太阳能利用效率大大提高。在地球同步轨道上,99%以上的时间都可接收到全太阳辐射。
    中国工程院院士、电子机械工程专家段宝岩说,太空电站单位面积的发电量是地面上的10倍。“一旦我们攻克空间太阳能电站技术,就有望逐步解决人类社会的能源危机。”
    寻求新的清洁能源替代化石能源已成为全世界的共识。然而,地面太阳能、风能、水能等都存在能量不稳定或能量总量受限等问题,难以替代化石能源的地位。
    王希季说,在未来,可控核聚变能和空间太阳能是最有可能成为取用不竭的清洁能源。两者相比,可控核聚变能的应用更为遥远,因为其科学理论问题至今还未完全解决。而空间太阳能电站在理论上完全是可行的,虽存在很多工程技术上的难题,但都是能够解决的。
    他说,当地球上的化石能源消耗到不能再维持人类发展时,世界就会发生恐慌。“谁先掌握太空电站的关键技术,谁就能占领未来能源市场。发展太空电站具有重要的战略意义。”
    近年来,美、日、俄等国都开展了空间太阳能发电的研究。中国一些科研机构已在太空电站的系统论证和关键技术方面开展了工作。2010年,多位中国科学院和中国工程院院士做出了《空间太阳能电站技术发展预测和对策研究》报告,建议中国到2030年建造兆瓦级太空电站,到2050年建造具有商用价值的100万千瓦级太空电站。
    然而,建设这样宏大的太空电站绝非易事,一些关键技术还有待突破。
    例如,100万千瓦级的电站总重量会达到万吨量级。而目前人类运载火箭近地轨道运载能力很少超过100吨。
    “我们需要通用的、价廉的重型运载火箭。”曾设计中国首枚运载火箭的王希季说。
    “我们必须把太空电站的太阳能电池做得非常薄、非常轻,每平方米的重量不超过200克。”王希季说,“我们还要突破高效率的无线能量转换和传输技术。只有无线能量转换和传输效率达到50%左右,太空电站才具有商业价值。”
    尽管面临很多难题,这位中国空间技术开拓者对于中国建设太空电站充满信心。“在这一研究领域,中国与世界先进水平差距不大。”
    “习近平总书记在去年两院院士大会上说,集中力量办大事是中国的法宝,这个法宝不能丢。这使我们信心更强了。当年‘两弹一星’靠的就是这个法宝。只要中国能够下决心建设太空电站,运用集中力量办大事的法宝,并按照客观规律办事,中国说不定能成为头一个建成太空电站的国家。”王希季说,“希望国家能尽快将太空电站列入国家重大项目,不失时机地开展相关工作。”
    中国空间技术研究院副院长李明说:“中国未来5年左右将要建设的空间站,将给太空电站的发展带来很大的机遇。”空间站的大型结构、装配、维护等技术可用于太空电站的发展;空间站可开展太空电站关键技术的验证;而空间站和航天员的在轨服务能力将可支持太空电站的建造。
    他说,中国火箭的运载能力越来越大,新一代的重型运载火箭也有望开展研制。
    王希季说,当太空太阳能发展成为人类的主能源时,“老百姓再也不用担心雾霾,温室效应的问题也会得到根本解决”。
    “单说无线能量传输这一项技术,就是了不起的变革。这项技术得到应用后,用电再不需要电线,你的手机充电再也不用插插头。想象一下这是怎样的世界。”93岁的航天专家笑着说。
本异末同 发表于 2015-9-28 23:35 | 显示全部楼层
葛昌纯院士:获取空间能源 护航“一带一路”
■本报记者 彭科峰

目前,中国正在全力推进“一带一路”建设。国家发展改革委等部门发布的《推动共建丝绸之路经济带和21世纪海上丝绸之路的愿景与行动》指出,积极推动水电、核电、风电、太阳能等清洁、可再生能源合作。对此,中科院院士、北京科技大学教授葛昌纯在接受《中国科学报》记者采访时指出,“一带一路”的创建,离不开能源保驾护航。在环境问题日益严峻的今天,大力发展空间太阳能发电站,不但可以为“一带一路”提供丰富能源,而且是从根本上解决我国未来能源需求的途径。因此,我国应加速推动空间太阳能发电站项目的研发和国际合作。

葛昌纯认为,作为“一带一路”建设的重点行业之一,已展现出从单边向区域性合作的转变趋势。在这种情况下,加快建立和发展空间太阳能电站、大力开展建立和发展空间太阳能电站的国际合作,“既可以解决能源的供应,又能推动我国相关产业发展,实现共赢”。

空间太阳能发电站是指在地球同步轨道上收集太阳能并通过无线能量传输方式向地面提供连续稳定电力的发电系统,其独特优势是不受天气与昼夜变化影响、不受云层阻隔的影响,并可向特定区域任何地点提供稳定的清洁能源。

葛昌纯指出,太阳是一个巨大的核聚变反应堆,一秒钟辐射到地球的能量相当于燃烧500万吨优质煤所发出的能量。在地球同步轨道上,99%的时间内可稳定接收太阳辐射,是理想的建设空间太阳能发电站的位置。一个标准接收站的发电功率可达5GW,相当于5个大型核电站的发电量。

上世纪90年代,我国就开展了大量的论证和前期的研究工作。在总体设计、航天技术、材料技术、无线能量传输技术、空间组装技术等关键技术方面都取得了不少进展和阶段性的成果。空间太阳能发电已引起我国政府的高度重视。但迄今空间太阳能发电还没有被列为国家的重大项目和国际合作的重大项目。

葛昌纯指出,在“一带一路”的创建中,应该大力加速空间太阳能电站建设。尽早把空间太阳能发电列为发展国民经济的重大长远项目和国家重大科技专项;成立国家空间太阳能发电站推进委员会,协调各部委多渠道持续进行关键技术攻关;实行“政产学研用金”六结合,形成国家投入和市场推动的创新投资机制,并通过亚洲投资银行和主导成立国际合作机构推动空间太阳能发电站的国际化。
《中国科学报》 (2015-09-17 第1版 要闻)
http://news.sciencenet.cn/htmlnews/2015/9/327087.shtm
main 发表于 2015-9-29 00:11 | 显示全部楼层
本异末同 发表于 2015-9-28 23:35
葛昌纯院士:获取空间能源 护航“一带一路”
■本报记者 彭科峰

还是先把人造月亮搞出来吧,N年前说是1990年可以用,25年过去了。。。
楠宫晓风vn 发表于 2015-10-25 10:55 | 显示全部楼层
本帖最后由 楠宫晓风vn 于 2015-10-25 17:19 编辑

IAC2015上钱学森实验室的关于太空电站的论文集中提到了一个初步的太阳能电站方案
QQ图片20151025102430.png
以光电转化效率35%、功率密度2瓦每克的金属基板的石墨烯薄膜太阳能电池板为基础,阵列面积为1000米*3000米*2,轻型桁架结构支持、在轨组装。
QQ图片20151025102848.png
发射上采用重型可复用运载火箭将太阳能电池板送入LEO轨道,再由电推上面级送入GEO轨道,然后由机械臂和自由飞机器人完成组装
QQ图片20151024135007.png
电推上面级携带有施工平台,干重10吨、1兆瓦功率、推力3牛,采用4000秒比冲的离子电推
QQ图片20151025103202.png
其他硬件还包括自由飞机器人,以及机械臂
QQ图片20151025103317.png
电推上面级将太阳能电池板运输到GEO轨道后,由自由飞机器人或者与另一个施工平台配合完成展开
QQ图片20151025103658.png
模拟结果显示,使用电推维持姿态和轨道,施工期间每小时要消耗4.14千瓦电力和76克电推工质
QQ图片20151025104410.png
QQ图片20151025104424.png
QQ图片20151025104435.png
QQ图片20151025104456.png
QQ图片20151025104510.png
桁架、太阳能电池板以及天线施工顺序与模拟
QQ图片20151025104758.png
整个工期共需要1460个模块、1153小时、消耗18467千瓦电力
QQ图片20151025105022.png
最后的总结就是有些技术难度,但是可以盈利;工期1153小时消耗18467千瓦电力;技术挑战在于轻量化高可靠性的对接系统,技术路线规划、多目标优化需要进一步的研究。
看来他们基于电子技术的进步,对石墨烯太阳能电池以及电推上面级担心并不大(这也是一体两面的,解决电源问题,电推上面级就随之解决了),对可复用重型运载火箭似乎也颇有信心(这点不可理解,但是他们在会前论文中提到了初期可由重猎鹰发射,似乎是先开工再考虑发射工具问题?)

相关论文集,包括钱学森实验室的论文集、欧空局太阳能热推进,以及……进击的KSP……
钱学森实验太空电站.rar (7.86 MB, 下载次数: 57)
回复 支持 1 反对 0

使用道具 举报

Lsquirrel 发表于 2015-10-25 16:16 | 显示全部楼层
本帖最后由 Lsquirrel 于 2015-10-25 20:06 编辑
楠宫晓风vn 发表于 2015-10-25 10:55
IAC2015上钱学森实验室的关于太空电站的论文集中提到了一个初步的太阳能电站方案

以光电转化效率35%、公 ...

空间站上预定有钱学森实验室的5千瓦对地能量传输模块进行验证,再过几年薄膜太阳能电池、可复用火箭和太空机器人的发展动态和速度也更明朗,等着看吧。
我个人看法,如果空间站演示天地能量传输顺利的的话,2022年后利用空间站为服务平台,在42度倾角、500+公里高度搞个功率100千瓦到1兆瓦的分阶段试验,薄膜太阳能电池模块运送、自由飞机器人在轨拖曳和组装、发电对地传输,对正式立项GEO轨道的G瓦级电站会非常有说服力
楠宫晓风vn 发表于 2015-10-25 16:21 | 显示全部楼层
Lsquirrel 发表于 2015-10-25 16:16
空间站上预定有钱学森实验室的5千瓦对低能量传输模块进行验证,再过几年薄膜太阳能电池、可复用火箭和太 ...

那个兆瓦级电推拖船就是近地轨道兆瓦级演示样机的衍生吧……阵列面积25*100米,正好就是每个太阳能电池模块的面积……
楠宫晓风vn 发表于 2015-10-25 16:48 | 显示全部楼层
Lsquirrel 发表于 2015-10-25 16:16
空间站上预定有钱学森实验室的5千瓦对低能量传输模块进行验证,再过几年薄膜太阳能电池、可复用火箭和太 ...

那个应该是在近地轨道组装,然后总体转移至GEO轨道验证吧。本帖前面提到过几个阶段,钱学森实验室这次只是提出了可行的一个施工方案,没提技术演进路线
sun_pc79 发表于 2015-10-25 18:37 | 显示全部楼层
楠宫晓风vn 发表于 2015-10-25 10:55
IAC2015上钱学森实验室的关于太空电站的论文集中提到了一个初步的太阳能电站方案

以光电转化效率35%、功 ...

德国佬拿ksp演示火星任务。。。。。
Pushok 发表于 2015-10-25 23:44 | 显示全部楼层
非常好的一个想法。电推飞船还需要有推进剂在轨补加能力吧。
火星居士 发表于 2015-10-26 07:34 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
Lsquirrel 发表于 2015-10-25 16:16
空间站上预定有钱学森实验室的5千瓦对地能量传输模块进行验证,再过几年薄膜太阳能电池、可复用火箭和太 ...

现在的问题是,美国政府是否会允许重型猎鹰发射中国的航天器?
楠宫晓风vn 发表于 2015-10-26 10:59 | 显示全部楼层
火星居士 发表于 2015-10-26 07:34
现在的问题是,美国政府是否会允许重型猎鹰发射中国的航天器?

演示不需要使用重猎鹰吧,长征5都可以……
而且兆瓦级的太阳能电池板重量按功率密度算也就500千克到1吨(峰值功率2千瓦每千克,平均值不明),带着桁架一起射上去估计都没有25吨……说不定自由飞机器人和施工平台都能捎上去……
joki 发表于 2015-10-26 11:17 | 显示全部楼层
楠宫晓风vn 发表于 2015-10-25 10:55
IAC2015上钱学森实验室的关于太空电站的论文集中提到了一个初步的太阳能电站方案

以光电转化效率35%、功 ...

没来得及细看,这个电站,建成后的发电功率是?
darklighter 发表于 2015-10-26 11:19 | 显示全部楼层
近地轨道星地相对角速度大,对一个地面站,只有数以分钟计的时间窗口可以传输能量。
其他时间怎么办?能量能存储?全球建地面站?还是干脆就浪费了?
这个问题不解决,做技术演示验证没问题,但能实用化吗?
joki 发表于 2015-10-26 11:22 | 显示全部楼层
darklighter 发表于 2015-10-26 11:19
近地轨道星地相对角速度大,对一个地面站,只有数以分钟计的时间窗口可以传输能量。
其他时间怎么办?能量 ...

技术演示验证恐怕还是要打到GEO上才靠谱,用电推拖船拖一个模块上去展示一下效果。CZ5这个量级的火箭多次发射,或许可以胜任。
darklighter 发表于 2015-10-26 11:37 | 显示全部楼层
joki 发表于 2015-10-26 11:22
技术演示验证恐怕还是要打到GEO上才靠谱,用电推拖船拖一个模块上去展示一下效果。CZ5这个量级的火箭多次 ...

GEO这么远的距离,能量传输完全是另一个问题了吧。
微波波束到达地面面积多大?
老王是好人 发表于 2015-10-26 11:46 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
这技术必须搞,这是太空城和火星基地的技术储备
darklighter 发表于 2015-10-26 11:47 | 显示全部楼层
老王是好人 发表于 2015-10-26 11:46
这技术必须搞,这是太空城和火星基地的技术储备

太空城和火星基地需要无线能量传输吗?
头像被屏蔽
pingkefu 发表于 2015-10-26 12:12 来自航空航天港手机版! | 显示全部楼层
提示: 作者被禁止或删除 内容自动屏蔽
darklighter 发表于 2015-10-26 12:24 | 显示全部楼层
pingkefu 发表于 2015-10-26 12:12
如果把太空电站的电能传输到地面,和风电核电这样的新能源比较竞争力不太大。可不可以换个思路,将微波波束 ...

可以想见的未来,月面基地自身的能源消耗量会有多大呢?有必要靠外部传输能量吗?
地火转移电推进飞船推进弧段很长的,最远距地球远远超过GEO高度,也不适宜通过微波传输能量。
您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册会员

本版积分规则

QQ|小黑屋|航空航天港 ( 豫ICP备12024513号-1 )

GMT+8, 2019-12-14 00:06 , Processed in 0.218401 second(s), 19 queries , Gzip On.

技术支持:飞腾网络

© 2001-2018

豫公网安备 41019702002513号

快速回复 返回顶部 返回列表