阵地前移——关于电站的科幻计划

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徐翰

比起《地心引力》中空间站布列的太阳能电池,相信不少朋友更多地是在公路两侧看到装有巨大风塔叶片的风电场,也在路边或者工厂里见过镶嵌满太阳能电池的光伏路灯或电站。这些新能源电站也几乎建在我们可以触及的地方。然而对于太阳能而言,太阳辐射在进入地球大气层后到达地表之前由于大气中分子和颗粒的散射、吸收,能量有大约20-30%的损失。如果技术可行且成本可控,我们为何不考虑将电站“前移”——到高空中去呢?

这正是英国New Wave Energy(成立于2012年,与美国的New Wave Energy无关系)的大胆想法,且他们已经付诸实践,并于上个月公布了初步的计划。New Wave Energy的想法是使用20×20米无人机作为收集矩阵的点,将“电站”布在高海拔的空间——比如15000米高度,同时收集太阳能和风能,并通过无线传输以电磁波的形式将能量传输到地面的接收站。New Wave Energy认为在如此高的海拔,能源不会受到气流和生物的影响。无人机可以通过4个转子、多个风叶片和一处基片收集能源,除满足自身需求外,每台无人机应该可以产生额外50KW的电力以供传输给地面接收站。New Wave Energy的计划是建设高达400MW的高海拔电站,每年可供22万家庭使用,还可以利用长波段传输解决偏远地区的用电问题。

这听起来像天方夜谭,做起来也是极端困难。New Wave Energy所必须克服的挑战包括建设足够大规模的电站(需要比英国的海上风电场大一倍)、使用足够稳定的无线供电无人机(目前Solara和Quadrotor的无人机可以满足运行5年的要求)、连接各个无人机以组成大规模的稳定矩阵(仍然是巨大的挑战)、降低传输到地面的能源损失(暂时不清楚New Wave Energy的计划)、找到可用的天空(New Wave Energy计划使用三大洋上空较为宽敞的空间)等等。如果以上的困难都不是问题,那么最终的成本就成为关键指标。

尽管困难重重,New Wave Energy已经花了2年开发相关技术,并且在众投平台Kickstarter上募资了30万英镑,并计划在募资完成后6个月内做出原型机,目前相关专利还在申请之中。New Wave Energy计划中期通过私募融资3200万英镑以支持其商业化推广的过程,但目前看来团队仍需证明其产品能克服上述问题,并相对地面电站具有成本优势。

如果New Wave Energy已经算是奇思妙想了,那么日本清水建设公司(Shimizu Corporation)就更是异想天开——沿着月球赤道建立长达数百公里的太阳能电池,并将以电能的形式收集的能源以电磁波和激光的形式发射到地球上,并在地面电站最终转换为电力,清水建设将这一计划形象地称为“月环”。

清水建设计划依靠远程控制的机器人来完成平整、机械组装的工作,只派出几位航天员做现场支持。清水建设的想法是充分利用月球资源——砖瓦和玻纤等材料可以依靠太阳能热加工,水可以靠氢和月球土壤制备。“月环”一开始可能只有几公里,但最终会被延长到400公里——比起月球约11000公里的赤道周长仍然很短。

清水建设的这一计划被认为是与日本提出的22亿美元的月球计划相呼应,但这一计划除了需要面对前文New Wave Energy多数类似挑战外,对机器人技术和资金的要求更是无以复加。

建立新能源的前进基地的想法一直存在,前几年美国Artemis Innovation Management Solutions 公司也获得了NASA的一些支持来做研究,考虑模仿花片吸收太阳能的生物过程在太空建立太阳能电池阵列,以产生数万MW的电力传输到地球。上述这些异想天开的新能源电站也许某天在技术上能够成型,然而商业上的成功仍需要拭目以待。

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