卫星太阳能电站发展发展前景与利用难题分析

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1、卫星太阳能电站发展前景与利用难题分析摘要空间太阳能电站(SolarPowerSatellite，SPS)概念受到了国际的广泛关注，美国和日本都已制定了争取在2030年左右实现商业化运行的发展路线图，并且在概念和技术层面开展了大量的研究工作。中国有必要尽快开展此方面的相关研究工作，为未来的长远发展奠定基础。引言世界经济的迅速发展,对能源的需求越来越大。地球矿物资源的大量开采与消耗,使石油、煤炭资源日趋短缺。过量消耗矿物燃料造成地球生态环境的恶化,也促使人们寻找新能源和各种可再生能源。由于空间太阳能具有能流密度大、持续稳定、不受昼夜气候影响、洁净、无污染等优点,且随着

2、人类征服太空能力的加强,利用空间太阳能发电SPS(SolarPowerfromSpace)已越来越受世界各国的关注。现代空间太阳能发电的构想——太阳能发电卫星(SolarPowerSatellite)最早由美国的P.E.Glaser博士于60年代提出。之后一些学者又纷纷提出其它设想,特别是美国的D．Criswell等又建立了以月球为基地的空间电站模型LSP(Lunar-basedSolarPower)。为了加快实现空间发电的构想,一些发达国家如美、日、法、俄等先后开展了空间电站的可行性论证,并对其中的关键技术——无线电能传输WPT技术(WirelessPowerT

3、ransmission)作了大量的探索工作。总体认为,空间太阳能电站在技术、经济、社会等方面是可行的,有望于本世纪初建立初步的空间太阳能发电SPS系统,并于中叶建立起以月球为基地的太阳能电站。本文旨在结合我国国情,对空间太阳能发电及传输技术原理的研究发展做出概述，分析制约卫星太阳能电站发展问题的关键技术以及重大问题。１.国际空间太阳能电站发展概述１.１空间太阳能电站概念空间太阳能电站是指在空间将太阳能转化为电能，再通过无线方式传输到地面的电力系统。主要由3部分组成：太阳能发电装置、能量转换和发射装置、地面接收和转换装置(图1)。太阳能发电装置将太阳能转化为电能；能

4、量转换装置将电能转换成微波或激光等形式(激光也可以直接通过太阳能转化)，并利用天线向地面发送能束；地面接收系统接收空间发射来的能束，再通过转换装置将其转换为电能。整个过程经历了太阳能—电能—微波(激光)—电能的能量转变过程图1空间太阳能电站工作示意图１.２国际空间太阳能电站发展现状１.２.１美国美国在20世纪70年代，投入约5000万美元进行空间太阳能电站和关键技术研究，并且提出5GW的“1979SPS基准系统”方案。1995年7月，NASA开展了重新评估SPS可行性的研究，并提出多种创新方案。1999年，NASA在2年内投资2200万美元，开展“空间太阳能探索性

5、研究和技术”的计划，提出SPS未来发展的技术路线图计划于2020年实现10MW系统的空间验证。2001年后，NASA和美国科学基金会共同出资开展“空间太阳能电站概念和技术程度研究”。2007年美同国防部组织专家完成了《空间太阳能电站作为战略安伞的机遇》中期评估报告。报告对于美国政府组织开展夺间太阳能电站研究提出4点建议：①要有效的进行组织，以解决SPS研制存在的问题；②要为SPS的商业发展清除主要的技术风险；③为SPS的研制创造一个有利的政策、制度和法律环境；④政府应成为SPS早期的验证者、研制者和用户，并且激励其持续发展。１.２.２日本日本是能源极缺的国家，从2

6、0世纪80年代就开始进行SPS概念和关键技术研究。目前共有200多名科学家参加15个技术工作组，90年代起陆续推出SPS2000、SPS2001、SPS2002、SPS2003、分布式绳系SPS系统等概念设计，并且重点在微波传输、激光传输、材料及空间机器人技术方面开展工作。2003年2月27日，日本提出“促进空间太阳能利用”计划，已列为国家计划，目标是在20～30年后实现商业化，目前已经提出在2030年实现1GW商业系统运行的技术路线图。１.２.３欧洲欧洲在1998年开展了“空间及探索利用的系统概念、结构和技术研究”计划，提出了名为太阳帆塔的概念设计。2002年8

7、月，欧空局先进概念团队组建了欧洲空间太阳能电站研究网，重点在高效多层太阳电池、薄膜太阳电池、高效微波转化器、轻型大型空间结构等先进技术方面开展研究工作。１.２.４中国近年来，我国在发展地面太阳能可再生能源方面做了大量的工作，但利用规模还十分有限，发展空间太阳能发电技术、解决太阳能的大规模利用问题才是我国发展的主要方向。作为空间太阳能发电的主要关键技术，WPT在能量传输方面起重要作用。我国在雷达技术研究、应用方面具有一定基础，激光技术也已成熟。微波技术、激光技术在许多方面得到了应用，表明我国在WPT技术上已具有相当基础。我国已具备了太阳能电池的技术基础与空间应用能力

8、。尽管就我