英国政府正在考虑在太空中建造一座太阳能发电站。
这项耗资数十亿英镑的项目将有助于英国实现到2050年达到净零排放的目标。
近期的技术发展使太空太阳能发电这一构想变得更具可行性。
在此，一位工程师权衡该项目的利弊。
英国政府正在据报道正在考虑一项耗资160亿英镑、在太空中建造太阳能发电站的提案。
没错，您没有看错。太空太阳能发电是政府“净零创新组合”中纳入的技术之一。净零创新组合。该技术已被确定为可与其他方案并举的潜在解决方案，以助力英国于2050年前实现净零排放。
那么，太空中的太阳能发电站如何运作？这项技术有哪些优点和缺点？
太空太阳能发电是指在太空中收集太阳能并将其传输至地球。尽管这一构想本身并不新鲜，但近期的技术进步使这一前景变得更具可行性。
太空太阳能发电系统包括一颗太阳能发电卫星——即一个配备太阳能板的巨型航天器。这些太阳能板产生电力，随后通过高频无线电波以无线方式传输至地球。地面上的一个称为整流天线的接收装置用于将无线电波转换为电力，再输送至电网。
轨道上的太空太阳能发电站全天24小时都能接受太阳照射，因此可以持续发电。与陆地太阳能发电系统（即位于地球上的系统）相比，这是一项优势。陆地太阳能系统只能在白天发电，并且受天气影响。
预计到2050年，全球能源需求将增长近50%，太空太阳能发电或将成为满足全球能源行业日益增长的需求并应对全球气温上升的关键。
若干挑战
太空太阳能发电站采用模块化设计，由机器人在轨道上组装大量太阳能模块。将所有这些组件运送至太空既困难又成本高昂，并且将对环境造成负担。
太阳能板的重量曾被认定为早期挑战。但通过研发超轻型太阳能电池（一块太阳能板由较小的太阳能电池组成），这一问题已得到解决。
太空太阳能发电被认为在技术上是可行的，主要得益于关键技术的进步，包括轻型太阳能电池、无线电力传输和太空机器人技术。
重要的是，即便只是组装一座太空太阳能发电站，也需要多次航天飞机发射。尽管太空太阳能发电旨在从长远来看减少碳排放，但太空发射本身会产生大量排放，同时也伴随着成本。
目前航天飞机尚不可重复使用，不过SpaceX等公司正致力于改变这一状况。若能实现发射系统的重复使用，将大幅降低太空太阳能发电的总体成本。
即使我们成功建成太空太阳能发电站，其运行也面临若干实际挑战。太阳能板可能会受到太空碎片的损坏。此外，太空中的太阳能板不受地球大气层的遮挡。由于暴露于更强烈的太阳辐射之下，它们的老化速度将快于地面上的太阳能板，这将降低其发电能力。
效率是无线电力传输面临的另一问题。远距离传输能量——在此情形下即从太空中的太阳能卫星传输至地面——十分困难。基于现有技术，所收集的太阳能中仅有一小部分能够抵达地球。
试点项目已在进行中
太空太阳能发电项目是美国的一项目标，正在研发高效太阳能电池，以及专为太空应用优化的转换与传输系统。美国海军研究实验室于2020年在太空中测试了一块太阳能模块和电力转换系统。与此同时，中国已宣布其毕山太空太阳能发电站取得进展，目标是在2035年前建成可正常运行的系统。
在英国，基于近期的Frazer-Nash咨询公司报告，一项耗资170亿英镑的太空太阳能发电开发项目被认为是一个可行的构想。该项目预计将从小规模试验起步，并于2040年建成可运行的太阳能发电站。
这颗太阳能发电卫星直径为1.7公里，重约2000吨。地面天线占用大量空间——约为6.7公里乘13公里。鉴于英国的土地利用情况，它更可能被设置在近海。
这颗卫星将向英国输送2吉瓦的电力。尽管这是相当可观的电量，但它在英国的发电容量中所占比例较小，英国的发电容量约为76吉瓦。
由于前期成本极高且投资回报缓慢，该项目将需要大量政府资源以及私营企业的投资。
但随着技术进步，太空发射与制造成本将稳步下降。而且，该项目的规模将允许进行规模化制造，这应能在一定程度上降低成本。
太空太阳能发电能否助力我们于2050年实现净零排放，仍有待观察。其他技术，例如多样化和灵活的储能、氢能以及可再生能源系统的发展，已得到更充分的理解，也更易于应用。
尽管存在诸多挑战，太空太阳能发电仍为令人振奋的研发机遇奠定了基础。未来，该技术很可能在全球能源供应中发挥重要作用。
