能源是人類社會(huì)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(lái)的全球性氣候與環(huán)境問(wèn)題成為制約世界社會(huì)與經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要因素。發(fā)展清潔能源、開(kāi)發(fā)可再生能源，逐漸替代傳統(tǒng)化石能源成為全球共識(shí)。
2020年9月22日，國(guó)家主席習(xí)近平在第七十五屆聯(lián)合國(guó)大會(huì)一般性辯論上發(fā)表重要講話指出，中國(guó)將力爭(zhēng)2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。這一目標(biāo)已正式列入“十四五”規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要，體現(xiàn)了我國(guó)積極應(yīng)對(duì)氣候變化、推動(dòng)構(gòu)建人類命運(yùn)共同體的負(fù)責(zé)任大國(guó)擔(dān)當(dāng)。
中國(guó)的能源生產(chǎn)和能源消耗均為世界第一，是名副其實(shí)的能源大國(guó)，但距離建成以清潔低碳、安全高效為標(biāo)志的現(xiàn)代化能源強(qiáng)國(guó)目標(biāo)還有很大差距。我國(guó)可再生能源發(fā)展迅猛，開(kāi)發(fā)規(guī)模居世界首位，2020年可再生能源發(fā)電裝機(jī)容量占比達(dá)34%，但由于可再生能源的不穩(wěn)定性，實(shí)際發(fā)電量占比僅為23.6%。在大規(guī)模儲(chǔ)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(shí)。而在太空，太陽(yáng)光不會(huì)被大氣減弱，也不受季節(jié)、晝夜變化影響，可以通過(guò)無(wú)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(yáng)能電站是實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能大規(guī)模穩(wěn)定利用的重要方式，成為解決未來(lái)能源和環(huán)境問(wèn)題的主要戰(zhàn)略選擇之一。
空間太陽(yáng)能電站是指在空間將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，再通過(guò)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(guó)Peter Glaser博士提出以來(lái)，其受到國(guó)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(gè)完整的空間試驗(yàn)電站。
近年來(lái)，以美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室和諾斯羅普·格魯曼公司等為主的機(jī)構(gòu)加大了在此領(lǐng)域的研發(fā)力度，將在2025年前開(kāi)展關(guān)鍵技術(shù)空間驗(yàn)證。日本已將空間太陽(yáng)能發(fā)電列入國(guó)家發(fā)展計(jì)劃，提出2050年前建設(shè)商業(yè)空間太陽(yáng)能電站的發(fā)展路線圖。俄羅斯將“建立空間太陽(yáng)能電站領(lǐng)域合作”項(xiàng)目納入“2013—2017年中俄航天合作大綱”。英國(guó)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(duì)空間太陽(yáng)能電站進(jìn)行評(píng)估，以確定該國(guó)在此領(lǐng)域的發(fā)展策略。
在國(guó)家有關(guān)部門支持下，我國(guó)從“十一五”正式開(kāi)始空間太陽(yáng)能電站研究，雖然投入資金有限，但經(jīng)過(guò)十幾年的自主創(chuàng)新研究，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和關(guān)鍵技術(shù)方面取得了部分重要成果，得到了國(guó)際上的廣泛認(rèn)可，成為推動(dòng)國(guó)際空間太陽(yáng)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(lè)豪等多位院士專家提出了“發(fā)展空間太陽(yáng)能電站從根本上解決能源和氣候變化危機(jī)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(dòng)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(mèng)倫等院士專家擔(dān)任會(huì)議執(zhí)行主席，主題為“空間太陽(yáng)能電站發(fā)展的機(jī)遇與挑戰(zhàn)”的第499次香山科學(xué)會(huì)議在京召開(kāi)，12位跨學(xué)科領(lǐng)域?qū)＜易鲗W(xué)術(shù)報(bào)告。參加會(huì)議的代表經(jīng)過(guò)深入討論，認(rèn)為空間太陽(yáng)能電站是一個(gè)具有重大戰(zhàn)略意義的項(xiàng)目，應(yīng)在國(guó)家層面組織論證，適時(shí)設(shè)立相關(guān)項(xiàng)目，通過(guò)持續(xù)的研發(fā)取得重要技術(shù)突破?？臻g太陽(yáng)能發(fā)電也引起了能源界的重視。中國(guó)能源學(xué)會(huì)提出“關(guān)于發(fā)展商用空間太陽(yáng)能電站解決我國(guó)未來(lái)能源環(huán)境問(wèn)題的建議”。
2014年，國(guó)家層面組織專家開(kāi)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(bào)告，提出我國(guó)空間太陽(yáng)能電站發(fā)展規(guī)劃建議：中期目標(biāo)是在2030年左右建設(shè)兆瓦級(jí)空間太陽(yáng)能試驗(yàn)電站，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急供電并開(kāi)展科學(xué)研究;遠(yuǎn)期目標(biāo)是在2050年前具備建設(shè)百萬(wàn)千瓦級(jí)商業(yè)化空間太陽(yáng)能電站的能力，滿足國(guó)家可持續(xù)發(fā)展對(duì)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(yáng)能電站，技術(shù)難度較大，投入巨大，因此是否應(yīng)當(dāng)發(fā)展空間太陽(yáng)能電站存在很大爭(zhēng)議。筆者認(rèn)為，作為面向長(zhǎng)遠(yuǎn)的航天和能源領(lǐng)域重大戰(zhàn)略工程，發(fā)展空間太陽(yáng)能電站為帶動(dòng)我國(guó)相關(guān)領(lǐng)域的科技創(chuàng)新、促進(jìn)國(guó)家航天強(qiáng)國(guó)和能源強(qiáng)國(guó)建設(shè)提供了難得的機(jī)遇。我國(guó)發(fā)揚(yáng)“兩彈一星”精神、科學(xué)規(guī)劃、加快研發(fā)步伐、高效組織實(shí)施，在新中國(guó)成立一百年之際，建成人類第一個(gè)商業(yè)化空間太陽(yáng)能電站是可行的。
首先，空間太陽(yáng)能電站與可控核聚變電站被認(rèn)為是兩種最有可能的終極能源解決途徑?？煽睾司圩兡壳叭蕴幱诨A(chǔ)科學(xué)研究有待突破的階段，而空間太陽(yáng)能電站不存在基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題，雖然工程規(guī)模巨大，但相關(guān)技術(shù)經(jīng)過(guò)持續(xù)研發(fā)是能夠在一定時(shí)間內(nèi)取得重要突破的。同時(shí)，隨著技術(shù)進(jìn)步和規(guī)?；圃炷芰Φ奶嵘臻g太陽(yáng)能電站將變得更加可行。筆者認(rèn)為，在本世紀(jì)下半葉能形成空間太陽(yáng)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)，成為我國(guó)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(yuǎn)地區(qū)供電、移動(dòng)供電和救災(zāi)供電，具有很好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，幫助我國(guó)實(shí)現(xiàn)從能源大國(guó)到能源強(qiáng)國(guó)的轉(zhuǎn)變。
近年來(lái)，我國(guó)在航天領(lǐng)域取得了舉世矚目的重大突破，已經(jīng)真正進(jìn)入到航天大國(guó)行列。但同時(shí)也應(yīng)當(dāng)看到，我國(guó)距離航天強(qiáng)國(guó)的目標(biāo)還有很大差距。空間太陽(yáng)能電站的發(fā)展將極大地帶動(dòng)低成本運(yùn)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(jìn)一步和平利用太空、開(kāi)發(fā)空間資源開(kāi)辟新的空間，推動(dòng)我國(guó)航天強(qiáng)國(guó)夢(mèng)早日實(shí)現(xiàn)。
空間太陽(yáng)能電站是人類開(kāi)發(fā)利用太陽(yáng)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(jià)值也引起了民營(yíng)企業(yè)的關(guān)注。如果國(guó)家進(jìn)行前期技術(shù)投資，會(huì)大大增強(qiáng)商業(yè)資本的信心并吸引其進(jìn)入空間太陽(yáng)能發(fā)電領(lǐng)域，推動(dòng)后者快速發(fā)展。同時(shí)，發(fā)展空間太陽(yáng)能電站需要大力開(kāi)展協(xié)同創(chuàng)新，將帶動(dòng)大批高素質(zhì)人才培養(yǎng)，造就一批世界級(jí)的科技領(lǐng)軍人才和創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)。
筆者建議，國(guó)家層面應(yīng)高度重視空間太陽(yáng)能電站建設(shè)，發(fā)揮我國(guó)集中力量辦大事的優(yōu)越性，持續(xù)加大空間太陽(yáng)能電站的研發(fā)投入，加快技術(shù)突破，使我國(guó)具備商業(yè)化空間太陽(yáng)能電站建設(shè)能力，力爭(zhēng)在2050年前建成國(guó)際上第一個(gè)百萬(wàn)千瓦級(jí)商業(yè)化空間太陽(yáng)能電站，滿足國(guó)家可持續(xù)發(fā)展對(duì)能源安全的戰(zhàn)略需求，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展作出重大貢獻(xiàn)。
(來(lái)源：中國(guó)科學(xué)報(bào)，作者系中國(guó)科學(xué)院院士葛昌純)
評(píng)論