2017年,中国向可再生能源投资1259亿美元,几乎占全球总量的一半,因为该国希望通过地球的风和水来满足其巨大的能源需求。然而,也许它最雄心勃勃的项目根本不在地球上,而是在太空中,科学家们的目标是发射一个“太阳能空间站”,它可以吸收太阳光线,将它们转换成电能,并将它们发射回地球。
该项目面临着许多技术和后勤方面的挑战,但具有明显的潜力和重要的财政支持,开发商希望在本世纪中叶完成世界上第一个外太空太阳能站。
轨道太阳能发电过程
这个过程在理论上很简单。太空中的发电装置将太阳能转换成电能,就像太阳能电池板在地球上所做的那样。然后,该装置将能量转换成微波或激光,以回射到地球上的接收站,接收站然后将传输转换回电能并将其直接传送到电网。
建议的电台将绕地球22,000英里的轨道运行,并提供恒定的能量供应,99%的时间收集和返回能量,因为太阳的光线不会被气体拦截或阻挡,就像30%的光线一样当它们穿过地球的大气层时,太阳能电池板在地球上,不受日夜或季节变化的影响。该项目将满足中国的关键能源需求,自2011年以来,中国消耗的煤炭数量超过世界其他地区。近年来,该国在可再生能源方面投入了大量资金,2014年成为世界水电领域的领导者。在千禧年的前15年,其水力发电能力达到408%。
在1000米处进行测试
重庆大学,西安电子科技大学和中国空间技术研究院西安分院的研究人员正在重庆开发一个测试设施。该项目获得了1500万美元的资金,两年多的时间内将发现6个系留气球,海拔高度为1公里。气球将相互连接并与地面相连,并配有太阳能电池板,用于捕获太阳光线,将它们转换成微波,并将它们发射到地球。测试项目与计划的最终项目相同,但规模要小得多。
该团队计划在未来十年内完成其电力传输测试,然后在2030年之前完成一个更大的测试设施,一个将被发送到太空并能够转移能源元件的测试设施。这将与政府的计划相吻合。中国20%的能源来自非化石燃料。中国随后计划在2050年之前建造一个商业空间站。
技术和后勤方面的挑战
任何这种规模的项目都面临着许多技术挑战,而这个计划的主要困难之一就是让站点开始进入轨道。该站预计重达1,000吨,是国际空间站重量的两倍多。研究人员正在探索从地球发射这种技术的许多替代方案,包括向空间发送一个单独的设施,使用3D打印技术构建机器人,然后在太空中直接建造工作站。
研究人员还必须决定是否使用激光或微波将能量转移回地球。虽然激光可以在距离地球仅250英里的轨道上运行,但它们的生产成本约为5亿美元,而每颗卫星仅能发射不到10兆瓦的激光,这使得它们成为效率低下的解决方案。微波炉可以传输更多的能量,但需要距离地球约22,000英里,引起人们对该站远离地球的方式的担忧,并引起人们对在轨道上进行管理几乎不可能的担忧。
由于测试目前只能传输超过100米的能量,科学家们还有很多工作要做,以实现这一崇高的目标。