能源是人類社會賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，能源短缺以及傳統(tǒng)化石能源帶來的全球性氣候與環(huán)境問題成為制約世界社會與經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要因素。發(fā)展清潔能源、開發(fā)可再生能源，逐漸替代傳統(tǒng)化石能源成為全球共識。
2020年9月22日，國家主席習(xí)近平在第七十五屆聯(lián)合國大會一般性辯論上發(fā)表重要講話指出，中國將力爭2030年前實現(xiàn)碳達峰、2060年前實現(xiàn)碳中和。這一目標已正式列入“十四五”規(guī)劃和2035年遠景目標綱要，體現(xiàn)了我國積極應(yīng)對氣候變化、推動構(gòu)建人類命運共同體的負責任大國擔當。
中國的能源生產(chǎn)和能源消耗均為世界第一，是名副其實的能源大國，但距離建成以清潔低碳、安全高效為標志的現(xiàn)代化能源強國目標還有很大差距。我國可再生能源發(fā)展迅猛，開發(fā)規(guī)模居世界首位，2020年可再生能源發(fā)電裝機容量占比達34%，但由于可再生能源的不穩(wěn)定性，實際發(fā)電量占比僅為23.6%。在大規(guī)模儲能技術(shù)取得重大突破之前，僅依靠地面可再生能源取代傳統(tǒng)化石能源提供持續(xù)穩(wěn)定的能源供給還不現(xiàn)實。而在太空，太陽光不會被大氣減弱，也不受季節(jié)、晝夜變化影響，可以通過無線能量傳輸方式向地面提供連續(xù)、穩(wěn)定的清潔能源。在空間建設(shè)太陽能電站是實現(xiàn)太陽能大規(guī)模穩(wěn)定利用的重要方式，成為解決未來能源和環(huán)境問題的主要戰(zhàn)略選擇之一。
空間太陽能電站是指在空間將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，再通過微波或激光等方式將能量傳輸?shù)降孛娴碾娏ο到y(tǒng)。自從1968年美國Peter Glaser博士提出以來，其受到國際廣泛重視并被持續(xù)研究，但由于系統(tǒng)規(guī)模大、技術(shù)難度高，迄今尚未能建成一個完整的空間試驗電站。
近年來，以美國空軍研究實驗室和諾斯羅普·格魯曼公司等為主的機構(gòu)加大了在此領(lǐng)域的研發(fā)力度，將在2025年前開展關(guān)鍵技術(shù)空間驗證。日本已將空間太陽能發(fā)電列入國家發(fā)展計劃，提出2050年前建設(shè)商業(yè)空間太陽能電站的發(fā)展路線圖。俄羅斯將“建立空間太陽能電站領(lǐng)域合作”項目納入“2013—2017年中俄航天合作大綱”。英國航天局和商業(yè)能源工業(yè)戰(zhàn)略部在2020年正式委托兩家公司對空間太陽能電站進行評估，以確定該國在此領(lǐng)域的發(fā)展策略。
在國家有關(guān)部門支持下，我國從“十一五”正式開始空間太陽能電站研究，雖然投入資金有限，但經(jīng)過十幾年的自主創(chuàng)新研究，在系統(tǒng)設(shè)計和關(guān)鍵技術(shù)方面取得了部分重要成果，得到了國際上的廣泛認可，成為推動國際空間太陽能電站發(fā)展的核心力量之一。
2011年，王希季、閔桂榮、周炳琨、梁思禮和龍樂豪等多位院士專家提出了“發(fā)展空間太陽能電站從根本上解決能源和氣候變化危機的建議”。2013年，楊士中和段寶巖兩位院士提出了“關(guān)于盡早啟動太空發(fā)電站關(guān)鍵技術(shù)研究的建議”。2014年5月，由王希季、李明、余夢倫等院士專家擔任會議執(zhí)行主席，主題為“空間太陽能電站發(fā)展的機遇與挑戰(zhàn)”的第499次香山科學(xué)會議在京召開，12位跨學(xué)科領(lǐng)域?qū)＜易鲗W(xué)術(shù)報告。參加會議的代表經(jīng)過深入討論，認為空間太陽能電站是一個具有重大戰(zhàn)略意義的項目，應(yīng)在國家層面組織論證，適時設(shè)立相關(guān)項目，通過持續(xù)的研發(fā)取得重要技術(shù)突破?？臻g太陽能發(fā)電也引起了能源界的重視。中國能源學(xué)會提出“關(guān)于發(fā)展商用空間太陽能電站解決我國未來能源環(huán)境問題的建議”。
2014年，國家層面組織專家開展了“太空發(fā)電站發(fā)展規(guī)劃及關(guān)鍵技術(shù)體系”論證工作，寫出一系列論證報告，提出我國空間太陽能電站發(fā)展規(guī)劃建議：中期目標是在2030年左右建設(shè)兆瓦級空間太陽能試驗電站，實現(xiàn)應(yīng)急供電并開展科學(xué)研究;遠期目標是在2050年前具備建設(shè)百萬千瓦級商業(yè)化空間太陽能電站的能力，滿足國家可持續(xù)發(fā)展對能源安全的戰(zhàn)略需求。
以目前的空間技術(shù)能力建設(shè)空間太陽能電站，技術(shù)難度較大，投入巨大，因此是否應(yīng)當發(fā)展空間太陽能電站存在很大爭議。筆者認為，作為面向長遠的航天和能源領(lǐng)域重大戰(zhàn)略工程，發(fā)展空間太陽能電站為帶動我國相關(guān)領(lǐng)域的科技創(chuàng)新、促進國家航天強國和能源強國建設(shè)提供了難得的機遇。我國發(fā)揚“兩彈一星”精神、科學(xué)規(guī)劃、加快研發(fā)步伐、高效組織實施，在新中國成立一百年之際，建成人類第一個商業(yè)化空間太陽能電站是可行的。
首先，空間太陽能電站與可控核聚變電站被認為是兩種最有可能的終極能源解決途徑。可控核聚變目前仍處于基礎(chǔ)科學(xué)研究有待突破的階段，而空間太陽能電站不存在基礎(chǔ)科學(xué)問題，雖然工程規(guī)模巨大，但相關(guān)技術(shù)經(jīng)過持續(xù)研發(fā)是能夠在一定時間內(nèi)取得重要突破的。同時，隨著技術(shù)進步和規(guī)模化制造能力的提升，空間太陽能電站將變得更加可行。筆者認為，在本世紀下半葉能形成空間太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)，成為我國能源基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分。除了用于商業(yè)發(fā)電之外，還可用于偏遠地區(qū)供電、移動供電和救災(zāi)供電，具有很好的社會和經(jīng)濟效益，幫助我國實現(xiàn)從能源大國到能源強國的轉(zhuǎn)變。
近年來，我國在航天領(lǐng)域取得了舉世矚目的重大突破，已經(jīng)真正進入到航天大國行列。但同時也應(yīng)當看到，我國距離航天強國的目標還有很大差距?？臻g太陽能電站的發(fā)展將極大地帶動低成本運載、空間大規(guī)模建造等空間前沿技術(shù)的跨越式發(fā)展，為我們進一步和平利用太空、開發(fā)空間資源開辟新的空間，推動我國航天強國夢早日實現(xiàn)。
空間太陽能電站是人類開發(fā)利用太陽能的宏偉清潔能源工程，有望引發(fā)新的產(chǎn)業(yè)革命，其廣闊的發(fā)展空間和巨大的商業(yè)價值也引起了民營企業(yè)的關(guān)注。如果國家進行前期技術(shù)投資，會大大增強商業(yè)資本的信心并吸引其進入空間太陽能發(fā)電領(lǐng)域，推動后者快速發(fā)展。同時，發(fā)展空間太陽能電站需要大力開展協(xié)同創(chuàng)新，將帶動大批高素質(zhì)人才培養(yǎng)，造就一批世界級的科技領(lǐng)軍人才和創(chuàng)新團隊。
筆者建議，國家層面應(yīng)高度重視空間太陽能電站建設(shè)，發(fā)揮我國集中力量辦大事的優(yōu)越性，持續(xù)加大空間太陽能電站的研發(fā)投入，加快技術(shù)突破，使我國具備商業(yè)化空間太陽能電站建設(shè)能力，力爭在2050年前建成國際上第一個百萬千瓦級商業(yè)化空間太陽能電站，滿足國家可持續(xù)發(fā)展對能源安全的戰(zhàn)略需求，為國民經(jīng)濟和社會發(fā)展作出重大貢獻。
(來源：中國科學(xué)報，作者系中國科學(xué)院院士葛昌純)
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