太空发电：日本示范空间太阳能电站无线传输技术
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大多数可再生能源是不可靠的。比如风能和潮汐能受到天气影响，即使能找到一种不受天气影响的能源(比如洋流)，我们还是无法期待稳定的功率输出。从这种意义上讲，太阳能发电是最差的：它严重受到天气影响，而且一半的时间完全不工作，甚至有时候还会被月亮影响(日食——译注)。 所以有人认为，让太阳能成为可再生能源支柱的方法就是彻底离开麻烦的地球来到太空。在那里阳光永远灿烂，而天气这个词都是另外的意思。空间太阳能电站不止是一个概念：它是一个活跃的科研领域，由日本宇宙航天开发机构(JAXA)领导。去年，JAXA为本刊解释了它的25年路线图：在2030年实现1GW的空间太阳能发电并传输回地球。上周，JAXA和三菱公司共同展示了他们在该计划中最困难的环节的进展：长距离无线功率传输。 商用规模的空间太阳能发电将成为一个重要的事业。为产生1GW的电能输出，日本计划组装一个10000吨，数公里大的太阳能收集器。它将被安置在据地球36,000公里的同步轨道上。 可争议的是，这项产业最困难的部分(从技术角度讲)是把空间太阳能电站产生的电能传输到地球上，这样我们才能真正地使用这部分电能。除非我们能找到足够长的导线，唯一能实现这个功能的方法就是无线电能传输。 据JAXA的研究人员讲，最有效的两种实现超长距离无线电能传输的方法是激光和微波。激光的不足在于它将遇到地面太阳能发电类似的问题：云层的阻挡作用。而微波则可以在恶劣的天气下工作，所以它成为JAXA的选择。 本周四，借助精确定向的微波，JAXA实现了55米远1.8kW的精确传输。JAXA称这是第一次有人在这种程度的方向控制下实现这么大功率的传输。同样在周四，三菱公司通过更大的天线展示了500米10kW的传输。 显然，效率是一个重要问题：能传输功率当然很好，但是如果多数能量在传输过程中损失掉了，那么整个系统最终能实现商用吗?目前，整个系统(太阳能到直流到微波再到交流)的效率大约是80%，但这不包括传输环节的能量损失。JAXA和三菱在上述的测试中都无法承诺效率指标(公平地说，这些测试还没有为提高效率做优化)。我们知道的是，在去年的测试中，JAXA在50米的距离上发送了1.6kW，接收到350W。 三菱公司希望在未来几年利用该技术实现短距离电能传输(比如给电动汽车充电)，和中等距离小功率的传输(比如驱动输电杆塔上的警示灯)。同时，JAXA计划在2018年实现该技术的太空测试：用一个小卫星在地球低轨道向地面的微波接收器发送几个千瓦的能量。JAXA希望在2021年实现100kW的传输，2028年实现200MW传输。到2031年，如果一切顺利，实现1GW的商用示范性空间太阳能电站的正常运行。2037年后以每年一个电站的速度开启整个太空发电工业。 |
