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新型零碳能源技术——太空太阳能发电

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摘  要:太空太阳能发电系统(SSPS:Space Solar Power Systems被誉为利用太空技术的终极方法,是“太空发电站”和“太空输电线路”相结合的新型能源系统,在2021年10月日本政府内阁会议审议通过的《第六次能源基本计划》中,明确将SSPS定位为能源供应源,将切实推进研发、降低成本,并开展实证实验等。

关键字:新型零碳能源技术、太空太阳能发电、新型能源系统、未来能源、太阳能发电、元器件

 

 

 

要点
  • 已经开始尝试利用太空技术解决能源和环境问题,例如提供气象信息,灾害和气候变化监测等。其中,令人期待的是太空太阳能发电。

  • 太空太阳能发电十分清洁,不存在能源枯竭问题,与地面太阳能不同,稼动率可趋近100%。

  • 已经阐明必要的技术和原理,今后的研发重点是降低成本,同时开展实证实验。

 

 

太空技术对能源和环境问题的贡献

 

太空技术已在各个方面为能源和环境问题做出了巨大贡献。日常天气预报中不可缺少的气象信息利用静止气象卫星“向日葵”发送的信息。利用地球观测卫星得到的观测信息有助于了解超强台风或超级飓风带来的灾害以及地震造成的破坏。利用微波的气象观测不易受到云层等的影响,可提供光学传感器在夜间或恶劣天气时难以获得的气象信息。

 

在气候变化对策方面,温室气体观测技术卫星“伊吹”对无法通过地面观测获得的全球温室气体(例如甲烷和二氧化碳等的浓度进行测量,并提供推进对策所需的信息。

 

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静止气象卫星“向日葵”

(来源:日本气象厅)

 

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温室气体观测技术卫星“伊吹”示意图

(来源:日本宇宙航空研究开发机构(JAXA))

 

太空太阳能发电系统(SSPS:Space Solar Power Systems被誉为利用太空技术的终极方法。将在宇宙空间内利用太阳能发电产生的电能以微波形式传输到地球上,然后在地球上转换成电能。SSPS是“太空发电站”和“太空输电线路”相结合的新型能源系统。

 

在2021年10月日本政府内阁会议审议通过的《第六次能源基本计划》中,明确将SSPS定位为能源供应源,并提出“将在全面、连续评估经济合理性及其对其他产业的连锁反应的同时,切实推进研发和实证实验,包括探讨从地球实证实验阶段过渡到太空实证实验阶段等”。在2018年7月日本政府内阁会议审议通过的《第五次基本能源计划》中也提到了在地球上进行SSPS实证实验的重要性,但在《第六次能源基本计划》中明确表示将升级到在宇宙空间轨道中的实证实验。SSPS正朝着实用化稳步前进。

 

太空太阳能发电的特点和海外动向

 

太空太阳能发电卫星(SPS:Solar Power Satellite)作为SSPS的核心,于1968年在美国首次发布(注1)。如图1所示,已获得美国专利的SPS的机制如下:利用太阳能电池将太阳能转换成直流电,再将其转换为高频微波,通过抛物面天线发送到地球接收站。太阳能电池和电波转换器通过超导电缆直接连接,然而发布的专利中并未提及如何对这两个设备进行姿态控制。

 

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发布这一专利后,美国能源部(DOE)和美国国家航空航天局(NASA)开始展开合作进行系统性研究。在最初的DOE/NASA标准模型中,将太阳能电池指向太阳光方向,并调整天线方向以将无线电波发送到地球上(注2)。

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