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天空建发电站将成现实!重庆已经开建,电如何传回地球?

电已经成为现代人不可缺少的一种能源,根据形成方式,电可以分为:水电、火电、核电等,这电都是在陆地上产生,通过电线作为载体,输送到千家万户。然而,在太空中也可以建设发电站,而且还可以传回地球上使用,听到这里很多人认为,这是天方夜谭,就在近日太空电站实验基地在我国重庆已经动工了。

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由于太空中并没有水和空气,只有丰富的太阳能,所以太空电站使用的能源必然是太阳,地球也有太阳能,为何要跑到太空建电站呢?

太空中由于没有大气层的存在,太阳能的强度要比地面大很多,如果把太空电站设计成人造发电卫星,让它可以一直接受太阳光照射,可以实现一年365天,不分昼夜发电,发电效率和发电量都比地面太阳能发电站高很多。

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中国工程院杨士中院士表示:

在中国西北地区每平方米太阳能电池的最高发电功率约为0.4千瓦,在平流层的发电功率达7-8千瓦,在距离地球表面约3.6万公里的地球同步轨道上,发电功率可达10-14千瓦。

实际上,太空太阳能发电站概念早在1968年提出,当时美国航空航天工程师彼得·格拉塞在顶级学术期刊《科学》发表了一篇文章《来自太阳的能量:它的未来》,并提出了在太空中创建发电卫星,实现太空发电。

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在1970年,彼得·格拉塞通过地面实验验证了该想法的可行性,当时的美国宇航局(NASA)甚至还与其签订了一份资助研究合同,不过后来,由于联邦政府的变动导致该项目并没有真正开展。

彼得·格拉塞由于缺少经费支持,该研究进展一直比较缓慢,CNBC也给出了真实的原因,当时科学家普遍认为该概念从技术上是可行的,但是从经济层面考虑是不现实的。

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所以,在很长一段时间,太空发电站仅停留在概念阶段,早在2019年,澳大利亚悉尼的先驱晨报报道,我国将启动太空太阳能发电站,并计划在2025年之前启动测试,届时我国将在全球太空领导者中占据重要一席。

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果不其然,在今年6月18日的《重庆日报》就正式报道了,我国首个太空太阳能电站实验基地已经开工建设的消息,该实验基地位于重庆市璧山区,项目投资26亿元,首批建设资金为1亿元,项目团队以重庆大学杨士中院士联合多个院所共同组建。

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关于太空太阳能发电的诸多优点,前面已经介绍过,那么即便发电再多,面临一个难题,就是如何将太空中的电传输回地球,传统的电线传输显然行不通,不过科学家通过研究表明,通过微波/激光束可以将这些电能发回地球,然后重新转化为电能。

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微波是一种超高频电磁波,其在通过地球的大气层传输时,能量损失非常小,如果在天气条件足够好的情况下,从太空太阳能电站以微波形式传回地表,然后再转化成电能,这一损失仅有2%。

根据数据显示,200万平方米的光伏太阳能板发电量,相当于我国三峡发电站的装机容量。

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不过就算太空太阳能电站技术全部在地球上验证成功,世界上能够真正实现太空发电的国家少之又少,因为这些设备都是在地面制造好,然后运输到太空进行组装,运输和拼装成了很多国家的拦路虎。

不过,对于我国来说,这方面的经验刚积累了不少,因为这与中国空间站有着异曲同工之妙,中国空间站的制造、运上太空、以及组装都是自主完成。

虽然,此前美国认为,从经济层面太空发电并不划算,但是近些年来,美国似乎对太空发电改变了看法,2019年11月《每日邮报》曾报道,美国空军对外宣布了一个新的计划,计划向偏远的地区输送足够的电力,以维持军事基地运转。

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为了实现这一计划,美国空军研究部门将重新考虑太空太阳能发电站,他们将开发一种太阳能发电卫星,卫星既可以实现其自有功能外,还可以通过光伏板发电,并将这些电能转化为无线电波,传回地球表面的军事基地。

实际上,除了我国和美国外,日本、俄罗斯等国也对太空发电表现出了浓厚的兴趣。

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写在最后

今年以来,全球气候突变,全球多个地区温度突破历史最高值,这与人类活动和各种温室气体排放有很大关系,然而,太空太阳能电站无疑是一种清洁能源,一旦技术上有突破,将对人类节能减排起到非常重要的作用。