文 摘：對我國建立空間太陽能電站的必要性進(jìn)行了討論。在分析建設(shè)空間電站相關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了發(fā)展我國空間電站的構(gòu)想。發(fā)展空間太陽能電站是我國解決能源需求、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)的理想選擇；我國的技術(shù)基礎(chǔ)已具備建立空間電站的能力，需對一些關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行重點論證、研究，要加快發(fā)展載人航天技術(shù)和空間站技術(shù)；應(yīng)首先發(fā)展太陽能發(fā)電衛(wèi)星，之后再發(fā)展電力傳輸衛(wèi)星等其它空間電站形式。從現(xiàn)在起就開始準(zhǔn)備，我國可能在20年左右時間內(nèi)建立初步的空間電站演示系統(tǒng)。

0 引言

    世界經(jīng)濟的迅速發(fā)展，對能源的需求越來越大。地球礦物資源的大量開采與消耗，使石油、煤炭資源日趨短缺。過量消耗礦物燃料造成地球生態(tài)環(huán)境的惡化，也促使人們尋找新能源和各種可再生能源。由于空間太陽能具有能流密度大、持續(xù)穩(wěn)定、不受晝夜氣候影響、潔凈、無污染等優(yōu)點，且隨著人類征服太空能力的加強，利用空間太陽能發(fā)電SPS（Solar Power from Space)已越業(yè)越受世界各國的關(guān)注。

    現(xiàn)代空間太陽能發(fā)電的構(gòu)想――太陽能發(fā)電衛(wèi)星(Solar Power Satellite)最早由美國的P.E.Glaser博士于60年代提出[1]。之后一些學(xué)者又紛紛提出其它設(shè)想，特別是美國的D.Criswell等又建立了以月球為基地的空間電站模型LSP(Lunar-based Solar Power)。為了加快實現(xiàn)空間發(fā)電的構(gòu)想。一些發(fā)達(dá)國家如美、日、法、俄等先后開展了空間電站的可行性論證，并對其中的關(guān)鍵技術(shù)――無線電能傳輸WPT技術(shù)（Wireless Power Transmission)作了大量的探索工作?？傮w認(rèn)為，空間太陽能電站在技術(shù)、經(jīng)濟、社會等方面是可行的，有望于下世紀(jì)初建立初步的空間太陽能發(fā)電SPS系統(tǒng)，并于下世紀(jì)中葉建立起以月球為基地的太陽能電站。本文旨在結(jié)合我國國情，分析空間太陽能發(fā)電在我國發(fā)展的必要性與技術(shù)可行性并提出初步構(gòu)想。

1 我國發(fā)展空間太陽能電站的必要性

    盡管我國地域廣闊，但目前探明而又能開采的礦物資源已有限。目前我國人均能源消耗水平也很低，僅為發(fā)達(dá)國家人均能耗的1/10―1/5[2]。

    我國東西部經(jīng)濟發(fā)展的差距日益擴大，資源分布不平衡的矛盾日益突出。我國東部特別是沿海地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展很快，但資源儲量很少，供應(yīng)緊張。我國的絕大部分資源分布在經(jīng)濟發(fā)展相對落后的西部及北方地區(qū)，由于技術(shù)、交通及經(jīng)濟等因素，未能充分開發(fā)利用。即使有計劃開采出的大量煤炭，也不能及時運出。一些邊遠(yuǎn)山區(qū)、牧區(qū)、高原、海島，人口稀少，居住分散，交通不便，經(jīng)濟落后，那兒缺乏常規(guī)能源，又遠(yuǎn)離大電網(wǎng)，嚴(yán)重影響我國現(xiàn)代化建設(shè)與國民經(jīng)濟的發(fā)展。

    由于技術(shù)基礎(chǔ)差，管理水平低等因素，使得本已有限的能源資源浪費很大，利用率低。我國能源總效率只有30%左右，單位國民生產(chǎn)總值能耗比發(fā)達(dá)國家高6―10倍，生產(chǎn)單位產(chǎn)品能耗比國外高50―100%[3]。

    由于礦物能源的大量使用，造成環(huán)境嚴(yán)重污染。我國每年CO2的排放量占世界總量的10%還多，僅次于美國，居世界第二位[4]。目前很多城市特別是一些北方重工業(yè)城市上空，經(jīng)常彌漫著煙霧，環(huán)境污染問題突出。

    上述狀況表明，要發(fā)展經(jīng)濟，一方面要充分高效利用現(xiàn)有能源資源，避免浪費，降低消耗，提高技術(shù)水平與管理水平，另一方面，必須加快能源開發(fā)建設(shè)，克服因礦物資源嚴(yán)重不足帶來的潛在危機，同時還必須承擔(dān)對全球環(huán)境保護(hù)的義務(wù)。因此，開發(fā)利用潔凈的可再生能源資源是世界各國的必然選擇。

    我國在發(fā)展可再生能源方面做了大量的工作[5，6]，但利用規(guī)模還十分有限。今后應(yīng)大力發(fā)展地面和空間太陽能發(fā)電技術(shù)，解決太陽能的大規(guī)模利用問題。

    為了從實質(zhì)上解決能源需求問題，作者認(rèn)為，發(fā)展空間太陽能電站應(yīng)成為主要目標(biāo)。在地球附近的宇宙空間，太陽能具有能流密度大、連續(xù)穩(wěn)定、不占用耕地等優(yōu)點，通過控制微波束空間太陽能電站可向任何一個地點供電，它比地面光伏電站更具開發(fā)價值。目前許多發(fā)達(dá)國家通過大量論證[10～12]，已將它作為解決未來能源需求的主要發(fā)展方向。根據(jù)我國的特點，作者認(rèn)為，空間太陽能電站也應(yīng)是我國發(fā)展的主要方向。

2 我國建立空間電站相關(guān)技術(shù)基礎(chǔ)分析

2.1 無線電能傳輸技術(shù)（WPT）基礎(chǔ)

    作為空間太陽能發(fā)電的主要關(guān)鍵技術(shù)，WPT（Wireless Power Transmission)在能量傳輸方面起重要作用。通過WPT可將太陽能轉(zhuǎn)換成的電能進(jìn)一步轉(zhuǎn)換為微波集束能或激光能，并根據(jù)需要將束向控制在所需電能的地區(qū)，在當(dāng)?shù)卦偻ㄟ^微波或激光接受裝置進(jìn)一步轉(zhuǎn)換成電能，輸入電網(wǎng)或直接滿足不同用戶需要。

    WPT技術(shù)以微波輸能、控制及轉(zhuǎn)換原理為基礎(chǔ)，它早已在軍事、科學(xué)及通訊衛(wèi)星等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。家用微波爐的普及，表明微波技術(shù)已經(jīng)成熟。微波理論、鎖相技術(shù)、磁控管技術(shù)及相關(guān)控制理論早已成為我國大學(xué)電子專業(yè)的必修課。在我國各種轉(zhuǎn)換器（如DC/DC、DC/AC等)