中國提出太空超級工程:3.6萬公里高巨型電站,究竟可能實現嗎?

薛定諤的貓 2021/08/21 檢舉 我要評論
 

哇!真的第一次見哎,知識不會,衹是姿勢不對;科學凡此種種,用人話講才能聽懂

文/天空之城團隊

 

英國《每日郵報》報導稱,中國空間技術研究院提出了一個史無前例的計畫,為實現碳中和目標,中國將在2035年之前在太空建設一個巨型太陽能電站,將電能傳回地球!

太空電站,究竟是個什麼樣的概念?

毫無疑問,太陽能電站就是碳中和中重要的建設方向,幾乎沒有污染,還可以設置在沙漠地區不佔用耕地,簡直就完美,但地面上的太陽能電站有一個問題,陰雨天或者夜間就無法發電,儘管光熱型太陽能可以利用熔鹽儲熱部分解決,但仍然面臨儲熱能力有限,無法持續輸出的問題。

但建設在太空的太陽能電站完美地解決了這個矛盾,太空沒有日夜,所以可以一天24小時工作,也沒有大氣衰減,更不會佔用耕地、不需要清理太陽能電池表面的灰塵等等。

早在2020年5月份,中國空間技術研究院的王立研究員接受採訪時就稱中國正在推進空間太陽能電站項目,和地面太陽能電站相比,如上所述,空間太陽能電站具有幾乎完美的優勢!

空間太陽能發電站,「選址」在哪裡?

很明顯,選址是個難題,比如宇宙中的國際空間站,90多分鐘就繞著地球跑一圈,這不太現實,總不能發個電還「惠及全球」是吧,所以得找個在地面上看起來不會動的地方,這個軌道就是赤道上方的靜止衛星軌道。

這裡繞地球一周的時間和地球自轉的時間一致,星下點的投影靜止不動,當然還有一個軌道是傾斜靜止軌道,它在地面上的投影是一個8字,會變化,但范圍不太大,勉強也能接受。

空間太陽能發電站,如何將電能傳輸回地球地球靜止衛星軌道距離地面準確高度是35786公里,也就是大家說的3.6萬公里,很明顯拉一根電纜到地球上是不明智的,因為電纜的自重就能把自身拉斷,而地球上沒有任何一種材料能拉那麼長距離而自身不斷裂的。

太空電梯造不出來就是這個原因無線輸電技術瞭解一下!無線充電大家都知道,不接觸即可充電,並且早在二十世紀初特斯拉就已經測試過,不過事實上要實現,還是有些難度。

2020年5月24日,美國的X-37B發射升空,測試了一個實驗名為「光伏射頻天線模組飛行實驗(Photovoltaic Radiofrequency Antenna Module Flight Experiment,PRAM-FX)」,將光伏陣列產生的直流電轉化為頻率為2.45GHz的電磁波,並對設備效率進行研究。

另外在2015年日本三菱重工也曾展開過實驗,在500米距離上完成過了功率達到5千瓦的微波能量傳輸實驗。所以從理論上來看並沒有特別嚴重的問題,那麼還有第二個選項嗎?

當然有,鐳射傳輸也是可以的,再用光電轉換或者採用加熱介質的方式通過機械能轉換成電能。兩者都是非常有前途的長距離無線輸電的方案.

環境影響與實現難度在哪裡?

從近地軌道上約1.3千瓦的輻射功率計算,假設30%的轉換效率,那麼一平方就將近0.4KW,一個三峽的裝機容量為2250萬千瓦,大約需要56,250,000平方公尺的太陽能電池,大約需要7.5千米邊長正方形太陽能電池陣列,毫無疑問,這將成為一個史無前例的近地軌道工程。

不過這次《每日郵報》報導中的規模要小很多,大約有1英里(1.6千米)的規模,如果按規模計算的話為100萬千瓦,相當於一個中型水電站的規模。

不過很明顯這投資不小,因為要在近地軌道上建設如此大規模的工程,其成本可想而知,比如420噸的國際空間站成本早已超過1600億美元,即使按100億美元的零頭來建造這個中型水電站的太陽能電站,成本依然很高。

另一個比較麻煩的問題是光壓加速的問題,因為光輻射是有壓力的,小面積可以忽略不計,當達到幾百平方公尺甚至幾平方公里時就不得不考慮這個麻煩的問題,所以還得準備發動機將其推回軌道。

除了這些問題以外,就沒有其他問題了嗎?顯然不是!因為距離實在太過遙遠,即使用了抛物面天線聚焦,這個無線電擴散仍然會非常大,需要設置一個數十平方公里的天線陣列,並且轉換效率連一般都不到;還有則是風霜雨雪時穿透大氣層,傳輸效率下降;還有則是對大氣層的加熱效應,請參考微波爐;最後則是這個區域可能將成為候鳥遷徙的致命陷阱,一旦誤入,那絕對是噩夢級。

微波穿透雲層儘管有損失,但顯然不是特別大,勉強能接受,不過要是鐳射傳輸的話可能就成問題了,這個無論是紅外還是可見光到紫外,在雲層中損失極大,如果有飛鳥或者飛機誤入,那後果比無線電傳輸的微波區域還嚴重。

因此就種花家的判斷,在當前仍然還是概念性研究,如果大規模儲能技術實現,那麼風能和太陽能還是可以不太穩定的風能和太陽能解決問題的,假如可控核聚變實現,那麼這些能源都將成為浮雲,只是從現在來看還是有些遙遠。

 

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