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宇宙光伏发电,电力从天而降

发表于:2013-02-05 11:01:52     来源:日经BP社


 从JAXA的开发蓝图来看,首先将在地面上进行数kW送电实验。然后,在距离地面400km~500km的低轨道上设置篇首提到的小型卫星式发电系统,评估大气等的影响及安全性。还将实施MW级发电系统实验,并在国际空间站附近进行大型结构体组装技术实验。计划在2030年以后,作为商用系统,在距离地面3.6万km的静止轨道上设置相当于一座核电站的1吉瓦(GW)规模发电系统(图3)。 

图3 JAXA的宇宙光伏发电系统构想蓝图
通过地面实验确立基础技术之后,反复在轨道上进行验证,力争2030年以后实现商用。(《日经电子》根据JAXA的资料制图,图片全部来源于JAXA)


       宇宙光伏发电系统的诞生地美国也在推进实用化进程。2007年公布了由美国能源部(DOE)制定的开发计划方案,因2008年美国总统贝拉克·奥巴马推出了促进导入可再生能源的“绿色新政”,宇宙光伏发电进一步受到关注。2009年美国加利福尼亚州大型电力运营商PG&E与美国风险企业Solaren签署合约,收购其构建的宇宙光伏发电系统提供的电力。计划从2016年开始收购15年。 

       研究微波送电技术的京都大学生存圈研究所教授篠原真毅表示,“前几天还接到了美国宇宙光伏发电系统风险企业的咨询。民间似乎也在积极行动”。 

安全性能否确保万无一失 

       尽管宇宙光伏发电系统看到了实用化的曙光,但仍有很多问题需要解决(图4)。比如,需要建造长数百米~1km的宇宙天线。在太空建造如此巨大的结构体可以说是史无前例 注1)。需要开发结构设计及材料等方面的新技术。此外,安全性和建造时的运输成本也是大问题。不少人尤其担心宇宙光伏发电使用的微波的安全性。 

注1)此前人类在宇宙中建造的最大构造体是国际空间站(ISS),它也只有73m×108.5m×20m左右。 

图4 宇宙光伏发电系统的课题
其他还有太阳能电池的高效率化、防止宇宙辐射及垃圾的措施等很多课题。


       微波的安全性大多根据单位面积的能量密度(mW/cm2)来衡量 注2)。宇宙光伏发电使用数km×数km的超大型整流天线接收微波,所以可在接收部附近降低能量密度,使其减小至不会对生物体带来影响的范围。但是,这种安全性以“理论上可以实现”为前提,GW级大规模系统发生意外情况的风险并非为零。 

注2)生物安全标准为1mW/cm2。 

       如果宇宙天线的电波束失控,导致部分地方能量密度非常高的话,将会出现什么情况?另外,飞机仪表及电子设备等就连受到能量密度极小的(μW/cm2)手机电波干扰,也有可能出现误动作。如果碰到能量密度很高的电波,这些设备会没有问题吗?这是稍有不当就有可能转变成军事武器的系统,所以更需要采取万无一失的安全措施。而且,成本方面,“建造成本是否真的能够与最初的推算吻合”以及“能否取得与建设成本相符的收益”等,还需要从多个侧面进行验证。
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