千噸發電站將被送入太空？造價或遠超三峽，技術領跑全球美俄

史秘師

中國的能源安全問題困擾了幾代人，為了徹底解決這個問題，我們必須有更好更強更穩定的能源供應，否則我們隨時都可能面臨美國等國家的掣肘。

太空太陽能電站是什麼？

2020年9月22日，中國正式提出，將力爭2030年前達到碳達峰、2060年前實現碳中和的偉大目標。要實現這一目標，如何開發清潔能源就是重中之重。

不久後一條重磅新聞出現，根據中國空間技術研究院的信息顯示，中國計劃到2035年建成一個200MW級的“太空太陽能發電站”。這個太空太陽能電站究竟是什麼？有何意義？

簡單理解就是把發電站發送到太空，然後就能利用太陽能發電了。當然，說得簡單，做起來卻非常複雜。我們先來說說這個太陽能。

很多人都知道，目前我們的發電技術中，有一種叫做光伏發電。光伏發電利用的是半導體的光電效應，可將光能直接轉變為電能。光伏發電主要由太陽能電池、蓄電池組、控制器等元件組成。

不過在20世紀以前，我國基本沒有光伏相關產業，所有產品都是高價采購國外的。在此之前光伏產業的核心技術都被德日美等西方國家掌握，尤其是德國的光伏產業在全球世界占有率第一。

隨著我國《可再生能源法》開啟，西方光伏產業公司樂開了花，因為那時候我們連太陽能電池所需的單晶矽片和多晶矽片都生產不了。

最直接的原因就是我國的化工產業不發達，生產不了純度高達99.9999%以上的單晶矽和多晶矽，被西方國家隨意“割韭菜”。

當時單晶矽和多晶矽的市場價在每公斤20-30美元浮動，僅一年多的時間就被西方國家的企業炒到每公斤500多美元。無奈在“十五”期間，我國將光伏發電技術的研發工作列入“國家高技術研究發展計劃”，由“國家隊”領導開展了晶體矽高效電池的研發工作。

到了2013年，我國建成了完善的光伏產業鏈，產能世界第一，將多晶矽和單晶矽的價格從頂峰的500多美元一路壓到20美元左右，基本算是白菜價了。所以西方國家近九成的光伏企業被我們打趴。

隨著我國光伏產業發展迅速，技術也逐步完善，此時就有人想了，為什麼不把光伏發電送到太空去呢？為何會有這種想法冒出來？

因為近地軌道上的太陽輻射密度約為1．4千瓦/平方米，其輻射強度是地面上的兩倍，同時不受天氣和晝夜以及自然因素的影響，可以24小時發電，發電效率也會大幅提高，所以在外太空建設一個光伏發電站的事兒不知不覺就成了我國空天項目的一部分。

不過第一個實施的國家不是我們，而是日本。

日本是第一個發起在地球靜止軌道建設太陽能電站項目的國家，從2009年就開始籌劃，預計2040年建成。建設完成後每年可以向東京傳送10億瓦時的電量，供應30萬個家庭使用。而輸電方式就是利用微波進行無線遠距傳輸。

類似WIFI充電技術，原理很簡單，利用物理上常見的楞次定律和能量守恒定律。楞次定律是通過切割磁感線產生感應電流。所以利用能量守恒定律也可以將楞次定律反過來用，將電流轉換成電磁波再轉換成電流供設備使用。

早在2008年，美日兩國就開始了無線輸電技術的研發工作，利用夏威夷兩座相距145公里的海島，成功實現了遠距離微波級能量的無線遠距傳輸，為什麼是145公里？因為近地軌道的高度約100公里，該實驗的成功驗證了太空太陽能發電技術的輸電可行性。

有些人可能覺得，好像也就那樣，不就是一個普通的發電站嗎？那你就錯了，太陽能發電站的意義可遠超你的想象。

首先太空太陽能發電技術可以解決電力問題，例如我國將力爭2030年前達到碳達峰、2060年前實現碳中和。目前我國的化石能源發電依舊占整個發電總量的50%以上，雖然化石能源的裝機容量已經從2015年的60%左右降了10%，但還是太多了。

而且隨著化石能源發電占比降低，電力缺口必須要從其他途徑彌補，太空太陽能發電就是個不錯的選擇。

其次太空太陽能發電技術可解決電力調度問題，代替電網的工作。隨著我國“西電東輸”的戰略開始實施，數條跨度幾千公里的特高壓輸電線路逐步建成，但是輸電線路的造價高昂，而且維護成本高。

雖然我國的基建能力非常強大，但雪災、地震、泥石流、台風都自然災害都會對電網形成破壞。

如果采用太空太陽能電站輸電，可以在太空中把微波輸送到需要電力的地區，而無需建設大量的電網進行調度，而且可以直接給邊遠地區送電，無需建設電網可大幅降低成本。

如果發生戰爭或者嚴重災害時，太空太陽能發電站還可以提供移動式供電，具有很好的國防和社會效益。

最後太空太陽能電站輸電可以作為地球的“防曬傘”。隨著地球臭氧空洞和全球變暖的影響，這幾年拉尼娜現象和諾爾尼諾現象頻繁交替出現。

尤其是今年武漢龍卷風、中部地區下冰雹、短時強降雨天氣隨時在各地上演。所以在太空中建設超大型的太陽能電站，可以有效擋住部分太陽輻射，給地球降溫延緩全球變暖，給人類改善生態環境留出時間。

雖然看起來太空太陽能電站好處不少，但是也存在很多問題。第一個問題就是造價問題，目前人類只有火箭技術能將設備送上太空，但是單靠火箭運輸成本高昂。

如果建設一個超過三峽水電站發電量的太空太陽能電站，預計建設成本將達到三峽的十倍以上。要知道，三峽的總造價差不多在2000億左右，那太空電站至少也是萬億級別，這對於國家來說也是非常大的財政負擔。

第二個問題就是技術問題，目前太空太陽能電站的控制、維護以及電能的接收和轉換都存在困難。人類還沒法建設特大型的空間站以及太空工廠，所以即使建成，如果碰到太空垃圾碎片對設備造成破壞該如何修複？太空太陽能電站維護保養工作如何開展？這些都是難題。

第三個就是安全問題。目前太空太陽能電站的微波輻射能量約為太陽輻射的20%左右，因為波形和頻率不同，研究人員認為理論上對於人類的DNA不存在影響，但是是否存在影響還不得而知。

目前看來太空太陽能電站的投入使用困難重重，但是我們國家依然必須研究並且取得進展，這可以說是沒得選擇的。

我國為何必須發展太空太陽能電站？

眾所周知，我國的能源安全面臨非常大的挑戰。

傳統的化石能源安全問題是由供給安全、價格安全和通道安全三方面組成。2020年我國的石油對外依賴度高達70%以上，而我國對於國外天然氣的依賴程度也逐年遞增，目前天然氣對外依存度達到40%以上。

而且進口地區主要集中在中東、南美和俄羅斯。中東和南美地區都被美國的影響力嚴重滲透，對我國的能源供給形成嚴重挑戰。

另外，能源價格對於我國也是個問題。因為石油價格每增高10%就會導致全球GDP增速降低1%。但是石油天然氣等產品的定價權主要掌握在西方國家手中，這對我國的經濟發展是個制約。目前對國際油價影響最大的就是紐交所和倫敦國際石油交易所。

雖然我國上交所的影響力與日俱增，但是原油交易量只有紐交所的七分之一、倫敦國際石油交易所的五分之一，無法撼動西方國家的定價權。

通道安全也是我國的“心病”，我國的石油運輸需要通過馬六甲海峽，但是馬六甲海峽都在美國影響力的輻射區內。

美軍在馬六甲擁有相當規模的駐軍，同時印度也具備封鎖馬六甲海峽的能力，對我國石油運輸安全形成挑戰。有人會說我們不是在巴基斯坦建成了瓜達爾港嗎？可以通過瓜達爾港輸油管道運輸呀。

話是沒錯，隨著“中巴經濟走廊”的逐步完善，未來可以實現通過瓜達爾港將物資運輸到我國西部地區。但是瓜達爾港位於巴基斯坦俾路支省，該省因為民族問題企圖獨立，對於“中巴經濟走廊”的安全是一個制約。同時因為巴基斯坦經濟發展緩慢，所以基建和配套並不好，也會對“中巴經濟走廊”發展形成影響。所以增加能源的多樣性就成了解決我國能源安全問題的首選。

除了能源安全問題，我國的碳排放太高，2019年全球排放二氧化碳為364億噸，而我國二氧化碳排放量高達102億噸，占全球排放量的27.9%，是世界最大的碳排放國。世界氣象組織公布的數據顯示，因為溫室氣體導致海平面在20世紀上升了約15厘米，目前即使大幅減少溫室氣體排放，並將全球平均氣溫升高控制在2攝氏度之內，但到2100年海平面仍將上升30至60厘米左右。

同時因為溫度上升會導致海洋變暖，颶風極度活躍，目前台風的頻率開始增加，降雨過多導致泥石流、洪水等次生危害大幅增加。而且因為很多冰川裏面“封存”了古老的動物屍體和病毒，冰川融化釋放的新病毒對於人類的生命是否有威脅還不得而知。如果出現類似“新冠”這樣的全球性疫病，對人類的發展也會是個大問題。

目前我國碳排放主要集中在發電、交通運輸和工業生產三個領域。所以我國這幾年加快可再生資源發電技術的開發、新能源汽車的普及以及產業結構的調整，對於減少碳排放卓有成效。但是隨著可再生能源發電的普及，我國電力也出現了一個問題，那就是靈活性不足。這是為什麼？

因為可再生資源發電都會受到自然環境影響，光伏、風力、水力發電受季節、天氣影響較大，會導致電力供應穩定性變差，而太空太陽能電站能夠會有效提高我國電力系統穩定性。

最後一個問題就是可控核聚變技術目前還沒法被我們掌握。核聚變的原理就是兩個較輕的原子核聚合為一個較重的原子核，並釋放出能量的過程，而太陽上的核聚變已經持續了50億年。

所以人類希望能用可控核聚變技術制造“人造太陽”來解決人類的能源問題。因為核聚變技術能源釋放多，而且原材料極易獲得，同時不產生放射性物質，所以非常幹淨。

但是要實現核聚變技術，人類的科技樹還需要再發展一段時間，短時間很難做到。所以太空太陽能電站成了目前人類突破能源問題的最優解。

目前歐洲航天局正在評估太空太陽能電站的可行性，很多歐洲國家資助了該研究。歐洲航天局公開征求太空發電的建設方案，受益人最高可獲得175,000歐元的資金支持。另外，美國X-37B太空飛機在2020年5月就開始了太空太陽能電站的驗證任務，在X-37B太空飛機上搭載了光伏射頻天線模塊，將外太空吸收太陽能後能轉成微波輸送給地球設備和衛星。

孫子雲：一曰度，二曰量，三曰數，四曰稱，五曰勝。地生度，度生量，量生數，數生稱，稱生勝。故勝兵若以鎰稱銖，敗兵若以銖稱鎰。勝者之戰民也，若決積水於千仞之溪者，形也。簡單理解就是，絕對力量下，任何計策都是無用的，想要獲得絕對力量，資源一定要豐富。所以各國都在布局太空太陽能電站，想率先獲得宇宙資源，而我國如何突圍就成了重中之重。

我國該如何“突圍”？

從2008 年開始，我國就已經將空間太陽能電站研發工作納入國家先期研究規劃，計劃2035年建成一個200MW級的太空太陽能發電站。

目前我們國家已經在重慶建設相關產業技術開發區，推動我國“大功率遠距離無線能量傳輸與環境安全問題的基礎研究和應用研究”，目前重慶搭建的實驗基地，已經初步完成各類實驗，下一步就是空天方向的研究。

雖然我國在太空太陽能發電技術的研究工作已經領先美俄等眾多國家，但是太空太陽能電站短時間內還比較難以造出來。要達到人類需求的發電量，整個太空太陽能電站的體積絕對巨大無比，至少要有幾十萬平方米才能勉強做到，重量也會達到千噸級別。

要知道，嫦娥五號探測器也才8.2噸，而長征五號運載火箭起飛重量也只有870噸。太空電站是個大家夥，真不是隨隨便便就能建成的。

所以我們目前只是開始了一些驗證實驗。未來將在我國的空間站進行相關的技術驗證。等技術成熟了可以利用月球和近地衛星的資源在太空建設太陽能發電站。

因為月球上有豐富的礦產資源，例如矽、鈦、錳和鋁等元素，還有大量的礦產及稀土，尤其矽是制造光伏發電的核心原材料，還有其他所需的原材料月球都可以滿足。最主要的是月球還有地球上稀缺的、“清潔”的核發電材料氦－3，也是核聚變所需的關鍵燃料。

另外，月球上無大氣，重力較小，運輸物資到外太空的太空工廠成本遠遠低於地球。加上地月之間有著合適的引力平衡點拉格朗日點，可以在上面建造大型空間站。利用太空微重力環境建設相關工廠，可以大幅降低制造成本。在這樣的前提下才可能制造出超大的太空太陽能電站。

同時，太空還有很多可以威脅地球的小行星和彗星。我們可以通過捕捉這些小行星和彗星，一方面避免撞擊地球的可能，另一方面還可以開發上面的資源。因為大量的彗星都有豐富的鐵、鎳、銅、金、鉑等貴金屬資源。甚至部分彗星上有豐富的水資源。這可大幅減少外太空對地球水資源的依賴，降低運輸成本。

等到超大型的太空站不再依賴地球資源實現自給自足的時候，那時候我們就可以在地球和太陽的拉格朗日點建設超大型的太空太陽能電站，從而產生龐大的電力支撐人類的所有空天行動，也為人類進行火星資源開發提供電力支持。

西方國家迫不及待地投入研究，能清晰地看到他們的恐懼，但是時間對我們有利。這個時候就是他強由他強，清風拂山崗；他橫由他橫，明月照大江。我們循序漸進，腳踏實地，必然會走到世界的前列。