当科幻成为现实:去太空建发电站

编译 徐宁

一个技术非常发达的文明社会如何获取能源？1960 年，美国物理学家戴森提出了一种科幻假设：营造一个直径数亿千米、将恒星完全包裹在其内部的巨型球体（即所谓的戴森球），这样就能完全利用其所在恒星系的恒星聚变能。戴森球的概念提出后仅8 年，科学家就提出了更实际的空间太阳能电站构想，即利用卫星将太阳能转化为电能，再通过无线能量传输方式传输到地面的供电系统。

太空有大量太阳能资源

在地面上不也能建造太阳能发电站吗？既然如此，为何非得舍近求远，去太空修建太阳能发电站呢？这是因为，太空电站的发电效率实在太有吸引力了。在距离地面3.6 万千米的地球静止轨道，一平方米的光伏发电面板的发电功率高达14千瓦，是相同设备在地面发电功率的二三十倍。

地球接收到的太阳能只占太阳辐射到宇宙空间的总能量的约二十二亿分之一，即便是如此小比例的太阳能，总功率也高达173 万亿千瓦。地球每秒接收的太阳能相当于4100 万吨TNT 烈性炸药爆炸产生的能量。不过，太阳的能量在到达地面前，大部分已经被大气反射、散射掉了。如果要高效接收阳光，太空是比较理想的电站选址。据估算，太空中仅2 平方千米的光伏面板的发电功率就相当于三峡水电站的装机容量。并且，空间太阳能电站还不受昼夜交替影响，全天可发电时间接近24 小时（除去被地球阴影遮挡的时间），这进一步拉开了空间太阳能电站和地面光伏电站的差距。

电能怎么传到地面？

把发出的电输送回地面，是建立空间太阳能电站面临的一大难题。

最早设想无线输电的是特斯拉。他提出将地球作为内导体，把地球电离层作为外导体，利用环绕地球表面的电磁波来传输能量。1899 年，他进行了大型的无线输电试验。不过，他没有考虑到潮湿的地面及海水带来的巨大传输损耗，这套方案因为传输效率过低而未能落地。

1968 年，科学家设想在太空建造太阳能电站，并通过相应的装置将光伏面板转化的直流电以微波或激光的形式，传输到位于地表的接收站，接收站再将能量转换成相应的电能，并输入电网。微波能顺利穿透云雾，不受天气限制地向地球输电。

不久就能用上“太空电”

由于技术和资金等问题，空间太阳能电站的研发工作一度停滞。近年来，在化石能源危机和化石能源燃烧引起气候变化的双重压力下，不少发达国家又重新投入资金和人力，开展空间太阳能电站关键技术研究。2007 年，美国科学家宣布，他们利用无线输电技术，成功点亮了一个距离电源2 米的60 瓦特灯泡。2008 年，日、美科学家共同实现了140 千米、20 瓦特的长距离无线供电。

我国也早就建成了两个相应的实验基地。其中一个是重庆璧山空间太阳能电站实验基地（简称璧山基地），另一个是西安 “全链路空间太阳能电站地面验证系统”。

璧山基地的初期实验工作是搭建一个能够升空500 米的气球阵，其上配有光伏发电面板和微波输电设备，目的是在低空验证空间太阳能电站的可行性。预计到2025 年，璧山基地能够接收平流层电站（距离地表22 千米）传回的能量。

空间太阳能电站的最终目标是为地面设施提供灵活、廉价的电力，其中不仅包括传统供电网难以覆盖的偏远山区、海岛和断电灾区，还包括在地面快速移动的电动汽车。中国空间探测科学家庞之浩表示，如果我国建成空间太阳能电站，公路上行驶的电动车或能随时随地充电，不再有“趴窝”之忧。

同时，空间太阳能电站能为航天器供电，未来的卫星等航天器也许可以摆脱硕大的太阳能电池翼。不仅如此，空间太阳能电站在未来还能助力更多的深空探测任务，为此类任务提供能源。

面对日渐紧迫的能源危机，以及使用化石能源导致的温室效应、环境污染等问题，世界各国都在积极寻找方便、清洁的新能源。在可控核聚变投入使用之前，太阳能将是解决能源问题的重要出路，而发展空间太阳能电站则是高效利用太阳能的有效途径之一。化石燃料燃烧产生的大量碳排放引起全球气候变暖，台风、龙卷风等恶劣气象的发生频率也随之升高。庞之浩解释说，空间太阳能电站的巨大能量可以扰乱台风等热带气旋的温度分布，破坏其形成过程，相当于收拾化石燃料燃烧造成的“烂摊子”。

空间太阳能电站能为地面设施和航天器提供源源不断的能源