@ 2015.03.18 , 09:25
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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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TOTAL COMMENTS: 44+1

  1. sandersyao
    @3 years ago
    2724316

    我也想过这种东西 能量传输给地面是个问题 弄不好就成了在轨能量武器了

    [103] XX [1] 回复 [0]
  2. 柯大官人
    @3 years ago
    2724318

    坐等 有人提三体

    [9] XX [11] 回复 [0]
  3. 空格
    @3 years ago
    2724320

    最高境界就是戴森球了吧

    [21] XX [0] 回复 [0]
  4. 兔子
    @3 years ago
    2724321

    距离真是个大问题呀

  5. 没心情没朋友
    @3 years ago
    2724326

    收集热量,慢慢加热地核,或者改变洋流,气象武器啊。

  6. 2724330

    这个方案早几十年就提出了。当时社会的反应是“这谁想的简直神经病”。

    [22] XX [0] 回复 [0]
  7. PhillyCheesesDick
    @3 years ago
    2724331

    我肏我不想待在人革联…

    [32] XX [1] 回复 [0]
  8. 雷慧慧
    @3 years ago
    2724332

    我以为会有人说特斯拉死得早

  9. sandersyao
    @3 years ago
    2724333

    其实我觉得这一部分能量就别传回来了 提供给在轨的其他航天器就好了 或者等人类在月球上建立基地时 传给月球就好了

    [11] XX [1] 回复 [0]
  10. 2724344

    中国人在花式玩手机的时候,看人家日本的厂商在干嘛

    [4] XX [24] 回复 [0]
  11. spiremax
    @3 years ago
    2724350

    这要是上边抖一抖,下边还不满地画沟。

    [19] XX [2] 回复 [0]
  12. 双刀
    @3 years ago
    2724352

    在说风凉话啊@1:

  13. Hannibal
    @3 years ago
    2724359

    继续吹吧,等到2030年谁还记得这事啊,反正我记得在上世纪90年代的时候,当时就有新闻号称20年后计划人类移民火星。

  14. 奥德修斯
    @3 years ago
    2724363

    就不提三体,我提中国太阳~

  15. 2724364

    想一下一束极强大的电磁波从太空射到地面,万一这东西失控了,射到人群密集的地区呢?敢说一点影响都没有?

    [25] XX [5] 回复 [0]
  16. BatteryMan
    @3 years ago
    2724367

    轨道炮?!

  17. 2724369

    扯淡…

  18. 邻家怪蜀黍
    @3 years ago
    2724383

    @sandersyao: 这个我说了,被大编辑删掉了

  19. 2724388

    反正中国有反卫星能力了,想开发这个先交保护费吧

  20. 神的波纹
    @3 years ago
    2724391

    三菱是个军工厂啊,亚洲人民哪能放心

  21. 2724420

    1000MW真是太少了,现在国内百万千瓦的机组不要太多。

  22. 双黄蛋
    @3 years ago
    2724422

    昂贵的大件不可回收轨道垃圾

    说好的核聚变、地热、潮汐呢?

    [10] XX [0] 回复 [0]
  23. 2724428

    这稍稍改变一下卫星轨道,就是大杀器啊。。。。我艹。。。。。。

    [10] XX [0] 回复 [0]
  24. PhillyCheesesDick
    @3 years ago
    2724530

    哦…我已经身处Union了…咻~人革联的各位你们好~

  25. 2724600

    大功率微波,一旦射偏,被射的地方就是一个大微波炉啊。

    还是核聚变靠谱。只是这玩意也搞了几十年了,距离实用还差得太远。

  26. 独酌
    @3 years ago
    2724639

    你造啊 我天朝可以给你打下来的

  27. 挖沟人
    @3 years ago
    2724646

    这是定向能武器,小日本就是变着法搞高科技军备,三菱就是军工厂。
    因为这里太阳能电池板不是新技术,仅传输是新技术。而总传输效率低于50%,恐怕没有民用价值,仅有军事价值。
    中国也有类似研究,只是没有这么大的功率,我们有大型激光器,可用于反卫星,日本人不能做。
    另外小米华为等厂商还在研制小功率的设备,用于民用的手机等小设备的无线充电,可能几年内就能投放市场。

    [2] XX [10] 回复 [0]
  28. 挖沟人
    @3 years ago
    2724663

    大功率无线电照射到某块草地,面积有近1平方公里,时间有几年,这个草地没有生态变化吗?
    所以,能量传输,未必一定是无线电,可以用其他介质来代替,比如象充电电池那样,但介质不是化学能,而是核能,那么就可以用无人飞船来回运送即可。

  29. tanvstan
    @3 years ago
    2724670

    怎么传回地球来?这个不可能解决啊?

  30. unpersonxiao
    @3 years ago
    2724690

    天火事件!

  31. aumeteor
    @3 years ago
    2724707

    传递到地球的能量会被大气消耗一些,相当于加热大气。那么温室效应不是更显著了。

  32. 2724720

    @1: 你特么花式的滚一边去

  33. 2724776

    噗 拥有高达的私人武装组织天人要来咯 壮哉窝大人革联

  34. Penguin
    @3 years ago
    2724796

    @挖沟人:
    老美也有反卫星技术,不要认为只要中国有。另,外国民用的无线充电设备早就存在。

  35. 路人①
    @3 years ago
    2724875

    高达00,然后各国为了一根柱子大打出手

  36. 西洋菜
    @3 years ago
    2725047

    回二楼,我来提三体。太空电梯运输完全可行。想利用太空资源,我觉得开发太空电梯绝对是必须的。

  37. 强袭钢大木
    @3 years ago
    2725106

    格里普斯战役时期的巨型手电筒。

  38. 小甜甜
    @3 years ago
    2725161

    这么感觉有点像 核电站与核武器的距离

  39. 2725201

    我能选择加入吉翁么

  40. 飞鱼
    @3 years ago
    2725518

    挺讨厌三体的粉丝

  41. 雪风
    @3 years ago
    2725822

    格里普斯Ⅱ?!

  42. 神之疯神
    @3 years ago
    2726252

    @aaa: 想象一下一个平均几百瓦,最高一千来瓦的巨型电磁波辐射源天天照着你,你觉得你会怎么样?

    屁事没有,有意见你对太阳说去

  43. 神之疯神
    @3 years ago
    2726259

    @西洋菜: 看到那重量直接就呵呵好了,没有太空电梯超过100吨的东西送上天根本就是痴人说梦

  44. 七月的烟火
    @3 years ago
    2728894

    太空太阳能发电没错是解决了地面上利用太阳能的很多限制,但是又带了另外一个大问题:能量从太空到地面的传输

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