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从科幻诞生的概念
空间太阳能电站(SPS),也称天基太阳能电站(SBSP),是指在空间将太阳能转化为电能,再通过无线能量传输方式传输到地面的电力系统。1941年,科幻小说作家艾萨克·阿西莫夫发表了科幻小说短篇小说《理性》,其中一个空间站用微波光束把从太阳收集的能量传输到各个行星。SBSP(Space-based solar power)概念最初被称为卫星太阳能系统,于1968年11月格拉泽(Glaser)博士首次提出,,这一设想是建立在一个极其巨大的太阳能电池阵的基础上,由它来聚集大量的阳光,利用光电转换原理达到发电的目的。所产生的电能将以微波形式传输到地球上,然后通过天线接收经整流转变成电能,送入全国供电网。
空间太阳能电站在空间利用太阳能,不受季节、昼夜变化等的影响,接收的能量密度高,约为1353W/m2,是地面平均光照功率的7~12倍。同时,也基本不受大气的影响,可以稳定地将能量传输到地面,非常适合于太阳能的大规模开发利用。在地球同步轨道,99%的时间内可以稳定接收太阳辐射,向地面固定区域进行稳定的能量传输。
不仅如此,空间太阳能电站基于自身的大功率,以及能量多种方式传输的灵活性等特点,不仅成为未来持续稳定的电力来源,并且在电网调度、军事无线供电、气象科学研究、应急救灾、空间供电、行星探测等多个领域中具有重要的潜在应用。刘慈欣笔下的中国太阳的气候调节功能也有望通过空间太阳能电站实现。通过调节微波的频率,甚至可以调节、控制热带气旋的走向和强度,从而彻底解决东南沿海自古以来的台风问题。
各国的空间光伏竞赛
美国
1968年,美国格拉泽博士提出空间太阳能电站的构想后,美国国家航空航天局(NASA)与美国能源部已经在过去30年花费了8000万美元支持空间太阳能电站概念的研究,并且提出了第一个空间太阳能电站系统方案概念“1979SPS基准系统”,作为后续研究的基准和参考。2012年,在NASA创新概念项目支持下,约翰·曼金斯(JohnMankins)教授提出“任意大规模相控阵式空间太阳能电站”(SPS-ALPHA)方案。2015年,美国诺格公司(Northrop Grumman)与加州理工大学签署一项3年总额1750万美元的空间太阳能电站技术研发合同,成为近年来空间太阳能电站领域最大的合同。虽然空间太阳能电站未被列入正式的美国国家发展计划,但得到了持续的关注和发展。
由大量太阳能电池阵组成的塔式空间太阳能电站设想图
集成对称聚光系统空间太阳能电站设想图
日本
日本在微波无线能量传输技术的研究和试验方面处于世界领先地位。2004年,日本正式将发展空间太阳能电站列入国家航天发展计划,2006年,日本东京大学和神户大学联合开展“风吕敷试验”(Furoshiki),进行了空间网状天线展开、测试微波能量传输波束控制及机器人爬行试验。在日本经产省和日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)的支持下,日本国家研究机构、企业和高校形成“官产学”联合研究的模式,并规划在2030年后建设商业化空间太阳能电站,总投资将超过210亿美元。其基本原理和美国类似,但日本科学家采用频率为2.45GHz和5.8GHz微波传送,这项技术在日本已经应用于工业和医疗设备。在北海道的研究基地,日本科学家用直径2.4m的仪器装置进行了地面接收太空微波的实验。
其他地区
俄罗斯、欧洲航天局(ESA)、国际无线电科学联盟和国际宇航科学院等研究机构也在近年开展了空间太阳能电站的专题技术研究。2012年,以国际宇航科学院发电委员会成员为主的研究团队完成了《空间太阳能电站—第一次国际评估:机遇、问题及可能的发展途径》报告。该报告分析了空间太阳能电站在未来几十年对于快速增长的丰富的可再生能源方面可能扮演的角色,并且评估了与空间太阳能电站概念相关的技术成熟度和技术风险,最终形成了一个可能引导这一远景概念实现的合理的国际路线图。欧洲航天局、加拿大、俄罗斯等国及相关国际组织在该领域真正的投入较少,但非常关注该领域的发展。
中国:从陪跑到领跑。认真践行一个50年的计划
“中国人真正擅长的一件事就是长期思考,与美国的思维不同,他们能把计划和问题规划长达50年之久。”-马克霍普金斯,国家航天学会董事会
就像流浪地球里一样,中国正在持之以恒的推进这项为期50年的“科幻”计划。我国自20世纪末开展空间太阳能电站方案及技术研究。中国空间技术研究院在国家民用航天预研项目支持下,提出了平台非聚光型空间太阳能电站方案、二次对称聚光型空间太阳能电站方案和多旋转关节空间太阳能电站方案。
2013年底,国家国防科工局联合国家发改委、科技部、工业和信息化部、原总装备部、教育部、中国科学院、国家自然科学基金委员会等部委,组织开展了空间太阳能电站发展规划及关键技术体系论证工作,系统阐述了我国开展空间太阳能电站项目研究的意义和必要性,提出了分两个阶段进行空间太阳能电站研发的总体规划和技术路线。建议将兆瓦级电站方案及全系统仿真作为实现规划中期目标的基础,同时加大对空间太阳能电站核心关键样机研制和试验验证的投入力度,拓宽支持渠道。
2018年12月6日,我国首个空间太阳能电站实验基地正式落户重庆璧山。
该项目以空间能源技术发展前沿为引导,开展微波输能、测控与通信等方向的基础研究和应用研究。计划在2020年前投资2亿进行空间太阳能电站实验基地及研发平台建设,2025年左右实现中小规模平流层太阳能电站及并网发电,2025年后开展大规模空间太阳能电站系统应用工作。下一步将是在2030年开始建设兆瓦级空间太阳能试验电站。2050年后建设吉瓦级商业空间太阳能电站。中国有望成为世界首个建成有实用价值空间太阳能电站的国家。
空间太阳能电站关键技术发展建议
当然,在实现这一个宏大目标的路上,仍然有许多的困难需要克服。空间太阳能电站作为一个巨大的空间系统,其主要技术特点是面积大、质量大、功率大,其发展所面临的核心问题和关键技术包括以下几个方面。
空间超大型可展开结构及控制技术
主结构用于支撑整个空间太阳能电站,考虑到姿态和轨道调整的要求,主结构应保持足够的刚度。同时,还要充分考虑在轨组装和在轨维护的需要。
空间高效太阳能转化及超大发电阵技术
提高系统的效率、降低质量,以及提高电压和使用寿命是空间太阳能发电技术的关键。需要发展高效率、空间环境适应性好的薄膜太阳电池,同时需要发展在轨展开的超大面积的柔性太阳电池阵。为了减小电力损耗,需要发展高压太阳电池阵技术。
空间超大功率电力传输与管理技术
作为一个超大功率的空间系统,空间太阳能电站系统需要长达数十km的电力传输电缆,为了减小损耗,需要采用超高电压。同时需要发展超大功率高效电压变换技术以及超大功率导电旋转关节技术等。
无线能量传输技术
功率高、效率高、传输距离远和高精度方向控制是无线能量传输的主要技术特点,超过30年的寿命要求也对无线能量传输技术提出了很高的要求。
轨道间转移技术及大功率电推进技术
为了降低运输到GEO的成本,初步考虑采用重型运载将载荷运输到LEO,利用可在LEO 和GEO 间进行往返运输的轨道转移器将载荷运输到GEO。为了减少燃料消耗,需要发展大功率电推进系统,利用多个电推力器的组合实现大型电推进轨道转移器。
空间复杂系统在轨组装及维护技术
空间太阳能电站作为一个宏大的长寿命系统,必须发展功能强大的在轨组装及维护技术,实现大规模的、复杂的在轨组装、在轨维护和燃料补给等。
大型运载器及高密度发射技术
空间太阳能电站质量达到数千t以上,再考虑其建设、维护所需的人员及货物运输需求,对于运输能力、运输频率、运输成本提出巨大的挑战。
电站系统运行控制及地面接收管理技术
系统运行控制及地面运行管理主要包括两方面的内容:对整个空问系统状态信息的接收和处理以实现运行控制与健康管理;地面大功率电力的接收、调节、控制及入网技术等。
电站发展的基础材料和器件研究
为了实现空间太阳能的高效利用和传输,且大幅降低空间太阳能电站的整体质量、提高系统的寿命,空间太阳能电站发展需要相关基础材料和器件性能的极大提升。
也许在不远的将来,我们会从新闻里听到:“中国建成世界首个光伏空间发电站”的消息,我们不需要像流浪地球一样,需要一百代人,两千五百年完成一项计划,但我们也应该铭记,这项50你年的计划后,是两代国人的心血和希望。
“谁也不知道中国太阳将飞多远,水娃他们将看到什么样的神奇世界……但水娃终究会牢记母亲新乡上的一个叫中国的国度,牢记那个国度西部一片干旱土地上帝一个小村庄,牢记村前的那条小路,他就是从那里启程的。”-刘慈欣,中国太阳
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空间太阳能电站的构想正在逐步变为现实。在近日召开的2021年空间技术和平利用(健康)国际研讨会空间动力和地面能源论坛上,与会专家一致认为,空间太阳能电站有可能为应对世界能源危机提供一种环保的解决方案,再过10—15年,空间太阳能相关技术研究将会取得突破。
太阳能是清洁的可再生能源,它在我们的日常生活中已经有了较为广泛的应用,如太阳能热水器、太阳能电池等。但你知道能在太空中工作的空间太阳能电站吗?空间太阳能电站,主要由太阳能发电装置、能量转换和发射装置、地面接收系统和转换装置组成。其主要工作原理是:太阳能发电装置将太阳能转化成为电能
美媒称,太阳能是真正几乎无穷无尽的能源,但很难利用。现在中国提出一个新思路,即建设一个空间太阳能电站,它能24小时收集太阳能,不受天气影响。据美国天才男孩报道网站2月18日报道,太阳是人们可以随时随地便捷使用的能源。但是,如何利用不可思议的太阳能仍然是人类面临的一个挑战。在地球上阳光
开电动汽车回家,近年成为春运模式中许多人的“新挑战”。拥堵的高速公路上,不乏趴窝的电动车身影。这样的悲剧有望杜绝。全国空间探测技术首席科学传播专家庞之浩13日向科技日报记者表示,如果我国建成空间太阳能电站,电动车或能随时随地充电,不再有“断粮”之忧。当然,空间太阳能电站的应用远不止
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俄媒称,中国航天科技集团公司五院科技委主任李明研究员在接受中国《科技日报》采访时透露,中国有望成为世界上首个在太空部署太阳能电站的国家。据俄罗斯塔斯社11月3日报道,李明说,中国在空间太阳能电站方面的研究已进入世界前列,如能保持并进一步加大研发力度,中国有望成为世界首个建成有实用价
太阳能还可以从空中发电?太阳能发电并不是个很新鲜的清洁新能源使用方式,但是通过火箭将太阳能电站送到空中,建立空间太阳能发电站,则很少很人听说过。近日,在第二届空间太阳能电站发展技术研讨会上,西安电子科技大学段宝岩院士团队提出的名为SSPS-OMEGA方案有望成为中国未来建造空间太阳能电站的
在有关部门支持下,我国在空间太阳能电站方面经过十余年持续研究,已经大幅缩小了与国际先进国家的水平,进入世界前列。中国航天科技集团公司五院科技委主任李明研究员1日向科技日报记者表示,如能保持并进一步加大研发力度,中国有望成为世界首个建成有实用价值空间太阳能电站的国家。五院研究员王立
中国航天科技集团五院载人飞船系统总设计师张柏楠代表6日向记者透露,五院钱学森空间技术实验室团队已开展太阳能电站具体研究工作,目前正处于研究试验阶段。空间太阳能电站是指在太空中将太阳能转化为电能,通过无线能量传输方式传输到地面,或是直接将太阳光反射到地面、在地面进行发电的系统。目前
《越南快讯》1月1日报道,越南工贸部日前在落实第八电力规划实施计划及调整第八电力规划会议上表示,支持地方投资建设垃圾发电站,优先将湖面光伏发电项目列入规划。越工贸部电力和再生能源局官员表示,第八电力规划的垃圾发电规模仅为2200兆瓦,分配给各地的容量有限。目前越已运营的垃圾发电站有河内
招标编号:SPROC2025011700000005项目类别:煤炭、石油、天然气、电力、新能源等能源基础设施项目依据《中华人民共和国招标投标法》、《中华人民共和国招标投标法实施条例》的规定,遵循公开、公平、公正和诚实信用原则,三峡国际招标有限责任公司受巴彦淖尔太阳沟抽水蓄能有限责任公司的委托,对太阳
坐落于中央邦坎德瓦,印度Omkareshwar漂浮太阳能发电园区一期项目点缀在大坝水库之上熠熠生辉。随着上能电气集中式逆变器的高效运转,碧波荡漾间绿能涌动,正为当地能源转型注入无限潜力与希望。据印度政府新闻信息局报道,Omkareshwar漂浮太阳能发电园区总规划容量为600MW,是印度迄今为止最大的漂浮
2024年12月31日,巴彦淖尔太阳沟抽水蓄能电站获得内蒙古自治区能源局核准批复。太阳沟抽水蓄能电站是国家抽水蓄能“十五五”重点实施项目,位于内蒙古巴彦淖尔市乌拉特后旗,总装机容量120万千瓦,总投资91.07亿元。该项目于2024年4月完成可研评审,2024年12月11日获得国家能源局调规批复。太阳沟抽水
12月11日,国家能源局正式批复内蒙古太阳沟抽水蓄能电站项目调规(由“十五五”期间实施调整至“十四五”期间实施)。内蒙古太阳沟抽水蓄能电站项目于2022年7月正式启动前期勘察设计工作,目前,项目可研阶段地勘工作全部完工,接入系统、防震抗震、安全监测等专题陆续完成,水资源论证报告取得水利部
柬埔寨正在加速发展清洁能源,以减少对进口能源的依赖,增强该国能源安全,确保电力供应的可靠性和可负担性,助力这个东南亚国家在2030年前实现至少70%清洁能源的目标。柬埔寨上周批准2024-2029年电力领域23个投资项目,总投资额预计为57.9亿美元。据《高棉时报》报道,此次批准的项目包括12个太阳能项
近期,上能电气成功向沙特阿拉伯AlKahfah太阳能电站项目供货1.016GW高效集中式逆变升压一体机。根据协议,上能电气与全球知名的拉森图博有限公司(LarsenToubro)就此项目展开深化合作,以卓越的绿色科技为中东地区的可持续发展注入强劲动能,加速推进该区域迈向绿色能源新时代的步伐。光启未来:绿色
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美国内政部所属的土地管理局(BLM)已在西部地区积极推动15个清洁能源项目,其中太阳能光伏发电和储能电站均已在加利福尼亚州成功投产。在这15个可再生能源项目中,内华达州的七个太阳能发电厂、亚利桑那州的一个太阳能和储能项目已取得环境审查的进展,同时亚利桑那州、内华达州和犹他州的输电线路升
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近日,国内权威的第三方认证机构北京鉴衡认证中心(以下简称“鉴衡认证”)发布了隆基BC二代技术Hi-MO9组件产品海南实证项目报告。■Hi-MO9组件海南实证项目数据显示,应用了BC二代技术的Hi-MO9组件,在户外正常发电量、局部遮挡发电量、立柱遮挡发电量三个核心维度全面领先TOPCon组件,累计单千瓦发
3月11日,韶关武江龙归镇政府与韶关广发光伏发电有限公司正式签署韶关市鸿福新材料科技有限公司分布式光伏发电项目招商协议。据悉,此项目是武江区城乡融合产业园首个光伏项目,总投资3200万元人民币,计划利用鸿福新材料公司约4.72万平方米的厂房及车棚屋顶,建设总容量为5.9MW的分布式光伏发电系统。
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3月11日,广东肇庆市高要区人民政府印发《肇庆市高要区碳达峰实施方案》。其中提到,大力推进“新能源+储能”项目建设,落实“新能源+储能”标准配置政策,2023年7月1日以后2025年以前新增并网的集中式光伏发电、陆上集中式风电,按照不低于发电装机容量的10%、时长1小时配置新型储能。2025年及以后首
3月13日,湖南省工业和信息化厅发布2025年湖南省电子信息制造业重点项目名单。其中,涉及光伏项目3个,为株洲三一5GW太阳能电池片量产基地项目;年产3000台光伏用变压器、1GW分布式光伏集成及总部运营项目;新能源及电力用电缆生产建设项目。项目单位依次为三一硅能(株洲)有限公司、湖南尊纳能源科技
3月8日,内蒙古自治区能源局发布关于公开征求增量配电网有关政策意见建议的公告。公告指出,鼓励增量配电网接入集中式新能源,按照“自我调峰、自我消纳”原则在增量配电网内消纳,不得向其他电网送电,不得增加自治区级电网调峰压力。原文如下:内蒙古自治区能源局关于公开征求增量配电网有关政策意见
3月13日,国家能源局综合司发布关于修订印发电力业务许可证申请表和告知承诺书的通知。详情如下:国家能源局综合司关于修订印发电力业务许可证申请表和告知承诺书的通知各派出机构:为做好工作衔接,根据《供电营业区划分管理办法》(国家发展改革委2024年第19号令)《增量配电业务配电区域划分实施办
日前,财政部下发《关于印发《清洁能源发展专项资金管理办法》的通知,要求规范和加强清洁能源发展专项资金管理,提高资金使用效益。专项资金支持范围包括清洁能源重点关键技术示范推广和产业化示范;清洁能源规模化开发利用及能力建设;清洁能源公共平台建设;清洁能源综合应用示范等。原文如下:关于
北极星售电网获悉,3月12日,安徽电力交易中心发布关于发布2025年3月份受理经营主体注册公示结果的公告。其中3月申请注册的安徽晨瑞光伏发电有限公司等14家分布式光伏发电企业符合市场注册条件,现发布2025年3月份分布式光伏发电企业注册结果。详情如下:
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3月12日,大唐新能源发布公告,根据本公司初步统计,2025年2月本公司及其附属公司按合并报表口径完成发电量326.38万兆瓦时,较2024年同比增加20.20%。其中,完成风电发电量295.9万兆瓦时,较2024年同比增加20.46%;光伏发电量30.47万兆瓦时,较2024年同比增加17.74%。截至2025年2月28日,本集团2025年
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