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、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,又遠離大電網(wǎng),嚴重影響我國現(xiàn)代化建設與國民經(jīng)濟的發(fā)展。
由于技術基礎差,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,提高技術水平與管理水平,另一方面,必須加快能源開發(fā)建設,克服因礦物資源嚴重不足帶來的潛在危機,同時還必須承擔對全球環(huán)境保護的義務。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。今后應大力發(fā)展地面和空間太陽能發(fā)電技術,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,作者認為,發(fā)展空間太陽能電站應成為主要目標。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,作者認為,空間太陽能電站也應是我國發(fā)展的主要方向。
2 我國建立空間電站相關技術基礎分析
2.1 無線電能傳輸技術(WPT)基礎
作為空間太陽能發(fā)電的主要關鍵技術,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?shù)卦偻ㄟ^微波或激光接受裝置進一步轉(zhuǎn)換成電能,輸入電網(wǎng)或直接滿足不同用戶需要。