未來的發(fā)電站要上天了
盡管國(guó)際油價(jià)近來“跌跌不休”,但出于長(zhǎng)遠(yuǎn)能源安全的考慮以及為減少溫室氣體的排放,人類并沒有減弱對(duì)化石能源以外新能源的開發(fā)力度。既然風(fēng)力、核能和太陽能之類的新能源與煤炭、石油和天然氣那樣的傳統(tǒng)能源有較大不同,那么使用新能源的發(fā)電站也必然是全新面貌的,它不再是用鋼筋水泥建成的冷冰冰的廠房,它沒有高聳入云的大煙囪往天上排出陣陣濃煙,因?yàn)槲磥淼陌l(fā)電站,它自己就要上天了。
最近,美國(guó)阿拉斯加上空升起了一個(gè)貌似巨大的甜甜圈一樣的飛艇,別看它外表笨重,人家可不是用來觀光旅游的,而是未來空中發(fā)電站的雛形。這是美國(guó)麻省理工學(xué)院的風(fēng)險(xiǎn)投資公司阿爾泰羅能源正在進(jìn)行的空中發(fā)電實(shí)驗(yàn)。眾所周知,風(fēng)力發(fā)電需要的就是大風(fēng),然而在平地上很難找到那么多風(fēng)力強(qiáng)勁的地方,于是人們把目光投向了天空,高空中的風(fēng)力比平地上大多了,將飛艇型的風(fēng)車送到300米的空中,風(fēng)車就可以穩(wěn)定發(fā)電了,發(fā)出的電則通過電纜輸送到地面上。所以也可以說空中發(fā)電站的構(gòu)想受到了中國(guó)風(fēng)箏的啟發(fā)。與地面上的普通風(fēng)車相比,飛艇型風(fēng)車的發(fā)電能力提高了一倍,成本則減少了一半。所以,現(xiàn)在歐美各國(guó)都投入巨資爭(zhēng)相開發(fā)高空發(fā)電技術(shù),競(jìng)爭(zhēng)極為激烈。阿爾泰羅能源在阿拉斯加進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)就等到了美國(guó)農(nóng)業(yè)部等機(jī)構(gòu)的支持,投資額為130萬美元。
日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省正在支持一個(gè)名為“外太空太陽能發(fā)電”的項(xiàng)目。外太空太陽能發(fā)電是在距離地面3.6萬公里的同步軌道上運(yùn)行的人工衛(wèi)星上安裝巨大的太陽能面板。然后將產(chǎn)生的電力轉(zhuǎn)化為微波傳回地面,再在地面將微波重新轉(zhuǎn)化為電力。這種發(fā)電方式有不受天氣和晝夜的限制,可以全天候不間斷發(fā)電。此外,由于發(fā)電站的主要設(shè)備都在外太空,所以地面上的設(shè)施可以非常小型,這也符合日本土地狹小的國(guó)情。
外太空太陽能發(fā)電的構(gòu)想雖然大膽,但目前還存在一些技術(shù)障礙,現(xiàn)有技術(shù)下電力和微波之間的轉(zhuǎn)換效率以及將電波從外太空傳回地面的傳送效率都不高,而相關(guān)的設(shè)備成本卻非常高,一組100萬千瓦級(jí)的設(shè)備耗資在1萬億日元以上。為此,日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省從2014年9月開始向公開招募的企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)提供為期3年,每年達(dá)2.5億日元左右的援助。目的就是要將傳送電波的接收器的重量降到現(xiàn)有設(shè)備的1%,同時(shí)將其厚度降到現(xiàn)有設(shè)備的10%。同時(shí)要把將電力轉(zhuǎn)化為電波的半導(dǎo)體的效率從目前的70%提高到80%。
從遙遠(yuǎn)的太空向地面輸送電力,能否精準(zhǔn)送達(dá)地面上的天線是關(guān)鍵。2014年12月,日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省和三菱電機(jī)等企業(yè)在京都大學(xué)啟動(dòng)了面向太空太陽能發(fā)電的首次地面無線輸電實(shí)驗(yàn)。太空系統(tǒng)開發(fā)利用推進(jìn)機(jī)構(gòu)IHIAEROSPACE也參與了該實(shí)驗(yàn)?茖W(xué)家們將制作模擬從太空向地面輸送電力的小型裝置,將電力轉(zhuǎn)換成微波,然后用輸送裝置傳輸?shù)郊s50米外的電力接收天線上。實(shí)驗(yàn)的目的就是要驗(yàn)證能否精確控制電波的方向以及高效地將電波轉(zhuǎn)換成電力等技術(shù)。日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省計(jì)劃在2030年代后半期進(jìn)行太空輸電實(shí)驗(yàn),在2040年代之后推向?qū)嵱没。為?shí)現(xiàn)上述目標(biāo),日本將在今年制定具體的進(jìn)度表?梢,未來的發(fā)電站要飛上天甚至飛到外太空都不是夢(mèng)想。