@ 2015.03.18 , 09:25

太空发电站

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除了少数例外,可再生资源的利用常常不可靠也不方便。比如风能和海浪发电收到反复无常的天气影响,即便是天气影响较小的潮汐发电,你也无法持续的获得恒定的发电输出。严格来说,太阳能发电是最麻烦的:不仅严重依赖天气,而且在另一半的时间(夜晚)是行不通的。

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一些人认为,要想太阳能成为可再生能源的支柱性来源,同时避免地球上利用太阳能的短板,就是进入太空。在太空中,我们能获得更强的光照、没有云层、不受天气影响。由此研发的太阳能发电卫星(Solar power satellites,SPS)已经不再是超前的概念:它已经日本宇航研究开发机构JAXA积极研究和开发的新领域。JAXA解释了这个为期25年的技术开发图景,发电峰值为1千兆瓦的SPS将在2030左右投入运行。上周,JAXA和三菱展示了该系统最重要的组成部分之一的进展:远距离无线电力传输。

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要使太空太阳能发电卫星达到的商业化规模是一个巨大的工程、对于一千兆瓦的输出功率,日本正在部署重量超过10000吨,直径几公里的太阳能集热器。该设备将被送入距地球36000千米的地球同步轨道。

可以说,整个实现最为困难的部分(从技术角度来看),就是如何将卫星产生的能量传回到地面上,这样我们才能利用它。除非我能够找到足够长的线缆,否则只能使用无线传输技术。

目前唯一有效的超长距离无线传输技术,据JAXA工作人员而言,就是利用激光或者微波传输。利用激光有些不切实际,因为激光传输会受到云层的阻碍。(另外,谁愿意小日本把一把巨型激光枪悬在自己头上)。微波却能不受天气影响工作的同样好,JAXA考虑使用微波进行电能传输。

上周四,JAXA测试了利用接收天线在55米的距离进行高精确度的传输,传输功率为1.8千瓦。据JAXA而言,这是首次进行如此高功率和远距离的精准无线电力传输。同一天,三菱(在JAXA的合作下)测试了500米距离传输一万瓦功率,这使用了更大,精确度更高的天线。

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目前最显著的问题是效率:虽然能够进行大功率发射,但是在传输过程中失去了一部分能量。这样整个系统还能不断达到商业可行性的标准么?在这个问题上,转换系统的效率约为80%(太阳能直流微波到DC到AC),这还不包括传输过程中的能量损耗。JAXA和三菱均为对具体测试中的效率发表评论,但总所周知的是,直到去年,JAXA测试1.6千瓦的微波束传输50米之后,输出功率为350瓦。

三菱希望在未来五年内先将该系统用于短距离的高功率电力传输(也就是无线充电),如电动汽车充电,以及中等距离的低功率传输(给高塔上的警报器供电)。同时,JAXA将在2018年将此技术用于太空,用小型微型在低地轨道测试千瓦级别的电量发射到地面的接收器。JAXA希望在2021年在轨道上部署功率为100千瓦,在2028年部署一个200兆瓦的卫星。在2031年,如果进行的顺利,将有一个1千兆瓦的商用试验工厂投入运行,完整的商业空间为基础的太空发电站,并从2037年开始,每年发射一枚新的发电卫星升空。

本文译自 IEEE Spectrum,由译者 邻家乖蜀黍 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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