人類對(duì)能源的開(kāi)發(fā)利用是無(wú)止境的。人類社會(huì)的發(fā)展已經(jīng)到了今天這個(gè)階段。目前，廣泛使用的能源主要是煤、石油、天然氣等化石能源。雖然化石能源的儲(chǔ)量相對(duì)較大，但它是不可再生能源，大量使用化石能源會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的溫室效應(yīng)和氣候變暖。因此，我們對(duì)清潔能源的追求從未停止。
01
解決能源危機(jī)的方向
目前，我們光伏發(fā)電并網(wǎng)可以利用的清潔能源主要有風(fēng)能、太陽(yáng)能、水能、核能、生物質(zhì)能、潮汐等。核能的利用仍然完全是通過(guò)核裂變，核聚變技術(shù)還沒(méi)有被人類完全掌握，核裂變存在著核泄漏的風(fēng)險(xiǎn)和核廢料的處置問(wèn)題。其他清潔能源也在我國(guó)得到了開(kāi)發(fā)和利用。從本質(zhì)上講，地球上的風(fēng)、水，甚至化石燃料都來(lái)自太陽(yáng)。因此，如果我們能夠有效地直接利用太陽(yáng)能來(lái)產(chǎn)生能源，我們就有可能為人類社會(huì)提供更持續(xù)的能源，并有望解決人類的能源危機(jī)。
使用太陽(yáng)能最直接的方法是直接通過(guò)太陽(yáng)能電池板發(fā)電。目前我國(guó)有很多光伏發(fā)電企業(yè)，光伏發(fā)電在我國(guó)的發(fā)展也相對(duì)較好。但現(xiàn)在我們的太陽(yáng)能設(shè)備安排在地球表面,和到達(dá)地球表面的太陽(yáng)在地球的大氣層是能量的損失占總輻射和相當(dāng)部分的十倍太陽(yáng)輻射能到達(dá)地球在太空,在太空和太陽(yáng)能資源的使用可以不受天氣條件的影響。2008年，來(lái)自美國(guó)和日本的研究人員成功地在相距90英里的夏威夷兩個(gè)島嶼上無(wú)線傳輸微波級(jí)別的能量，這個(gè)距離等于能量從軌道傳輸?shù)降孛娴拇髿鈱雍穸取＿@也為能量的長(zhǎng)距離無(wú)線傳輸提供了技術(shù)支持。經(jīng)過(guò)幾年的發(fā)展，無(wú)線遠(yuǎn)程能源傳輸技術(shù)日趨成熟。另外，近年來(lái)光電效率逐漸提高。目前，部分器件光電效率已達(dá)40%，有望在未來(lái)成為現(xiàn)實(shí)。
02
空間太陽(yáng)能發(fā)電
太空太陽(yáng)能電站的基本構(gòu)想是將裝有太陽(yáng)能電池板的衛(wèi)星送入太空，在那里捕獲的太陽(yáng)能被轉(zhuǎn)換成特定波長(zhǎng)的高能電磁波或微波。對(duì)于傳輸?shù)降孛娴奈⒉▉?lái)說(shuō)，理想的頻率是2.45gh或5.8gh，這兩個(gè)波段介于紅外和FM/AM無(wú)線電信號(hào)之間，它們最有可能穿透大氣層，但在這個(gè)過(guò)程中會(huì)損失一些能量。微波可以在空氣中形成一個(gè)看不見(jiàn)的微波柱，直徑大約1英里、2公里或3公里。在地面上，有橢圓形天線的網(wǎng)格，稱為網(wǎng)格天線，它覆蓋的面積相當(dāng)于一個(gè)微波柱，接收微波能量，可以轉(zhuǎn)換并發(fā)送到傳統(tǒng)的電網(wǎng)。
另一個(gè)需要考慮的是太陽(yáng)能發(fā)電站的運(yùn)行軌道。最容易想到的是地球同步軌道。將微波能量送回地球的過(guò)程可以通過(guò)固定空間太陽(yáng)能發(fā)電站來(lái)簡(jiǎn)化，因?yàn)樗鄬?duì)于地球的位置是恒定的。但是由于地球的自轉(zhuǎn)，同步衛(wèi)星只能接收一天中的半天的光線。為了確保太陽(yáng)能電池板在一天中產(chǎn)生最多的能量，你需要讓太陽(yáng)能電池板一直面向太陽(yáng)，你需要給衛(wèi)星一個(gè)與地球相同的角速度。同時(shí)，考慮到地球仍在旋轉(zhuǎn)，衛(wèi)星和地球?qū)⒉粫?huì)以完全相同的角速度旋轉(zhuǎn)。由于地球同步軌道如此之高，人們?cè)谛l(wèi)星正下方看到的電站實(shí)際上只占了一小部分的視野，而這并沒(méi)有發(fā)生。有些人擔(dān)心衛(wèi)星下面的人看不到太陽(yáng)。
03
電能在空間和地面之間的傳輸
實(shí)際上有一種軌道選擇可以讓空間站在一天中的任何時(shí)候都能工作，那就是把衛(wèi)星送入圍繞地球的黃昏線的軌道。這使得衛(wèi)星可以在任何時(shí)候接收太陽(yáng)光線，而且軌道的高度可以調(diào)節(jié)，這大大增加了衛(wèi)星的使用，并使在太空中部署大量衛(wèi)星成為可能。在這種情況下，有兩個(gè)主要的技術(shù)挑戰(zhàn)需要克服。其中之一是，由于地球公轉(zhuǎn)，地球早晚線的方向在不斷變化，發(fā)電衛(wèi)星的軌道需要在一年的時(shí)間里進(jìn)行微調(diào)。另一個(gè)問(wèn)題是，發(fā)電衛(wèi)星受到地球早晚線變化的影響，它們相對(duì)地球的位置也在變化，使得能量傳輸變得困難。一種選擇是在地球拉格朗日面上的L1點(diǎn)放置一顆中繼衛(wèi)星，這將需要很少的能量來(lái)長(zhǎng)時(shí)間停留在該點(diǎn)上。可以將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成其他發(fā)電衛(wèi)星微波傳輸中繼衛(wèi)星,然后通過(guò)中繼衛(wèi)星將接受微波能量傳輸?shù)降孛?使用這個(gè)方案還需要赤道建造許多微波能源站,甚至因此相對(duì)于中繼衛(wèi)星微波能量站不是靜態(tài)的,因此,能量轉(zhuǎn)移仍在很多技術(shù)問(wèn)題。
每個(gè)行業(yè)正在迅速發(fā)展,21世紀(jì)未來(lái)相關(guān)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,國(guó)際空間站預(yù)計(jì)將在未來(lái)成為現(xiàn)實(shí),當(dāng)大規(guī)模空間電站建成和投入使用,將對(duì)人類和提供無(wú)盡的源源不斷的清潔能源,人類能源危機(jī)也將完全解決。
我們承擔(dān)國(guó)內(nèi)外風(fēng)電、光伏電站,分布式光伏發(fā)電,清潔能源供熱,微電網(wǎng)可以互補(bǔ),等等各種各樣的新能源電力工程咨詢?cè)O(shè)計(jì)企業(yè),在新能源行業(yè)20多年,有豐富的經(jīng)驗(yàn)在前期和工程,參與了國(guó)內(nèi)新能源基地的技術(shù)咨詢工作,歡迎來(lái)電咨詢,洽談合作。
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