日本宇宙航空研發機構(JAXA)與(yu) 產(chan) 學官合作研發的“空間太陽能發電係統(SSPS=SpaceSolarPowerSystems)”,用空間技術為(wei) 能源領域做貢獻,用激光或微波形式將宇宙電力回傳(chuan) 地球。本次,記者采訪到了JAXA研發本部未踏技術研究中心研究員上土井大助。
“這是一項宏偉(wei) 的計劃,實現之路的確很漫長。但如果放棄就一切都完了。我們(men) 現在隻有堅韌不拔地朝著夢想一步步前進。”日本宇宙航空研發機構(JAXA)研發本部未踏技術研究中心研究員上土井大助堅定地說道。
空間太陽能發電係統,顧名思義(yi) 是指在宇宙空間進行太陽能發電,把所發電力轉換成微波和激光以無線方式傳(chuan) 送至地麵,在地麵接收並轉換成電能使用的發電係統。
雖然聽上去像是科幻電影的情節,但實際上,空間太陽能發電的曆史悠久,可以追溯到1968年。最早由美國的航天工程師彼得·格拉澤(PeterGlaser)提出。無線傳(chuan) 輸能源的原理已經得到驗證,日本如今是這一領域的領頭羊。
宇宙空間不同於(yu) 地麵,不分白天和黑夜,也不受天氣情況的影響,盡管是自然能源也可24小時發電。而且,宇宙沒有空氣,沒有光的散射和吸收。因此,太陽能電池板接收到的陽光的光能是地麵的5~10倍以上。
考慮到未來的技術發展,並估算從(cong) 太空傳(chuan) 輸到地麵時會(hui) 發生的能量轉換損耗約為(wei) 50%時,則太陽能電池板單位麵積的發電量還可為(wei) 地麵的2.5~5倍。而且,2011年3月11日的東(dong) 日本大地震發生後,空間太陽能發電作為(wei) 能夠取代核電、火力發電成為(wei) 基礎電源的自然能源,在日本的關(guan) 注度陡增。
上土井意氣風發地說:“現在,全世界隻有日本把開發空間太陽能發電係統作為(wei) 國策,製定計劃並由產(chan) 學官聯合進行研發。美國政府等因為(wei) 財政問題和政策方針等原因,國家並沒有開展具有連續性的研究。因此,日本在空間太陽能發電係統領域的技術水平被認為(wei) 在全世界首屈一指。身為(wei) 一名空間太陽能發電係統的研究者,我相信自己從(cong) 事的是能夠為(wei) 解決(jue) 人類的能源問題做出貢獻的有意義(yi) 的研究,希望我們(men) 能夠領先世界,早日實現這一係統。”
他的夢想是實現空間太陽能發電係統,利用空間技術為(wei) 能源領域做出貢獻。
誌向雖然遠大,但要克服的課題堆積如山。“課題的確不少”,一番開場白過後,上土井道出了JAXA在研發過程碰到的三大技術課題。第一個(ge) 是“微波無線能源傳(chuan) 輸技術”,第二個(ge) 是“激光無線能源傳(chuan) 輸技術”,第三個(ge) 是“大型結構體(ti) 組裝技術”。
在介紹這些技術的內(nei) 容和課題之前,首先來看空間太陽能發電係統的整體(ti) 結構。係統由設置在宇宙空間的空間太陽能發電衛星與(yu) 設置在地麵的接收設備兩(liang) 部分組成。空間太陽能發電衛星配備太陽能電池板、把太陽能電池板所發直流電轉換成微波和激光的裝置,以及向地麵傳(chuan) 送的裝置三種裝置。
而地麵的接收設備上,設有將微波和激光轉換為(wei) 直流電的裝置和電力轉換機。通過該轉換機直流電再轉換成交流電,傳(chuan) 送到現有的商用電力網。
JAXA從(cong) 1998年正式開始研究空間太陽能發電係統。最初,研究的核心人物是京都大學名譽教授、現任該校校長的鬆本紘與(yu) 已經去世的前宇宙科學研究所(2003年並入JAXA)教授長友信人,他們(men) 於(yu) 1980年代從(cong) 美國帶回了空間太陽能發電係統的概念。
迄今為(wei) 止,以美國為(wei) 中心,世界各地雖已提出了幾十種空間太陽能發電係統方案,JAXA也用10多年的時間進行了實用係統的設計和研究。
JAXA目前仍未確定是使用微波還是使用激光從(cong) 宇宙向地麵傳(chuan) 送電力。原因是二者各有短長。正在考慮按照用途區別使用。因此,JAXA正在平行研發兩(liang) 種能源傳(chuan) 輸技術,計劃在2014年度末之前開展地麵驗證實驗。
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