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構(gòu)想中的軌道反射器可在黃昏和黎明時分提高太陽能利用率

2024-01-17 08:41:30來源：cnBeta 閱讀量：105 評論

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導(dǎo)讀：如果能夠規(guī)劃出一條每天照射 13 個大型太陽能發(fā)電場的路線，再加上 5 個軌道反射器，該系統(tǒng)每天就能提供 284 兆瓦時的太陽能。

　　清晨和傍晚的電力需求會激增，而此時太陽能電池卻恰好無能為力。但蘇格蘭的研究人員說，軌道發(fā)射成本越來越低，巨型天基反射器很快就能成為這些時段的可行供電方式。
 
　　你可以把它看作是空間太陽能的另一種方式--但不是把巨型光伏陣列放在天上，然后試圖把電能傳送到地球上，而是在軌道上懸掛大型鏡面結(jié)構(gòu)，用它們把更多的太陽能轉(zhuǎn)送到地面，供地面設(shè)施收集。
 
　　事實(shí)上，赫爾曼-奧伯斯(Hermann Oberth)在 1929 年出版的《太空飛行之路》(Ways to Spaceflight)一書中就提出過類似的建議，他認(rèn)為這是一種潛在的方法，可以為城市提供照明，保護(hù)農(nóng)作物免受一夜霜凍的侵襲，甚至可以讓遙遠(yuǎn)的北半球整個地區(qū)保持無冰狀態(tài)，使其在寒冷的冬季更適合居住。
 
　　不過，他也警告說，這種裝置可能被用于將太陽能集中到較小的區(qū)域，以達(dá)到軍事目的："可以用它來爆炸彈藥工廠，制造龍卷風(fēng)和雷暴，摧毀行軍部隊(duì)及其后備力量，燒毀整個城市，一般來說會造成最大的破壞。"但我們暫且不談這個。
 
　　反射鏡將陽光引向表面的大型太陽能電池陣列，然后在超出范圍時轉(zhuǎn)向別處 圖/格拉斯哥大學(xué)
 
　　俄羅斯科學(xué)家早在 1993 年就證明了這一概念的可行性，當(dāng)時他們的 20 米(66 英尺)Znamya-2 太空鏡向地球反射了一道微弱的閃光，從歐洲部分地區(qū)的夜空中都能看到這道閃光。
 
　　格拉斯哥大學(xué)的一個研究小組認(rèn)為，現(xiàn)在正是對太陽能反射鏡進(jìn)行認(rèn)真研究的好時機(jī)，因?yàn)?SpaceX 和其他私營公司承諾，他們很快就會把軌道發(fā)射的每公斤成本降低到足夠低的水平，從而使這些反射鏡具有商業(yè)價值。
 
　　研究人員稱之為"太陽空間"(Solspace)項(xiàng)目的大致構(gòu)想是這樣的：將一些反射器衛(wèi)星送入高空太陽同步軌道，每天在大致相同的地面路徑上運(yùn)行。選擇這條路徑是為了讓盡可能多的大型地面太陽能發(fā)電場都能看到這些反射器。
 
　　利用電動陀螺儀在軌道上瞄準(zhǔn)大型反射器
 
　　每顆衛(wèi)星都將部署一個由鍍鋁 Kapton 制成的六角形反射器，每個邊長 250 米(820 英尺)，總面積為 162,380 平方米(175 萬平方英尺)。
 
　　這些反射器可以在軌道上使用四個電動控制矩陀螺儀進(jìn)行轉(zhuǎn)向和瞄準(zhǔn)，這些陀螺儀呈金字塔結(jié)構(gòu)；通過加速和減速這些陀螺儀，可以使整個反射器向任何方向旋轉(zhuǎn)。
 
　　該團(tuán)隊(duì)表示，反射鏡的軌道高度約為 900 千米(約為國際空間站高度的兩倍)，每次反射鏡經(jīng)過可照亮地表上 10 平方千米(3.9 平方英里)的區(qū)域約 17 分鐘，每次經(jīng)過可為地表提供約 34-36 兆瓦時的能量。這樣，大型太陽能發(fā)電場(如澳大利亞北部的太陽電纜公司)就能以它們所能達(dá)到的任何效率捕獲這些能量，在需求高峰期發(fā)電，否則它們就什么也做不了。
 
　　只要能提供有用的電力，太陽空間反射器就會聚焦在一個太陽能電池陣上，然后旋轉(zhuǎn)離開，將能量轉(zhuǎn)向太空，直到經(jīng)過下一個大型太陽能電池陣，希望每天都能為許多太陽能電池陣提供服務(wù)，甚至有可能成為規(guī)劃新太陽能電池陣時的一個考慮因素。如果能夠規(guī)劃出一條每天照射 13 個大型太陽能發(fā)電場的路線，再加上 5 個軌道反射器，該系統(tǒng)每天就能提供 284 兆瓦時的太陽能。
 
　　這會造成光污染干擾嗎？Solspace團(tuán)隊(duì)認(rèn)為不會。項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成員 Onur Çelik 在《對話》中寫道："即使在最亮的時候，我們估計每個反射器的照明水平也只能持續(xù)幾分鐘，不會超過陰天的水平。這意味著，除非你離太陽能發(fā)電場非常近，否則大部分時間可能根本無法察覺到照明，尤其是在黎明/黃昏時分，因?yàn)榇藭r的天空與夜晚相比已經(jīng)相當(dāng)明亮。"
 
　　多個軌道反射器使暮色變?yōu)樘柲苋展?br /> 
　　通過這種方式，軌道反射器可以在黎明/黃昏時提供電能，與鋰電池等短期電網(wǎng)級儲能解決方案所提供的能量相抗衡或增強(qiáng)其能量。作為參考，電池目前的平準(zhǔn)化存儲成本(LCoS)約為每兆瓦時存儲和釋放能量 314 美元。
 
　　Solspace 項(xiàng)目的目標(biāo)是，假設(shè)運(yùn)行壽命約為 20 年，發(fā)射成本約為每公斤 232 美元，空間反射太陽能發(fā)電的平準(zhǔn)化能源成本(LCoE)接近 70 美元。
 
　　根據(jù)《喬治城安全研究評論》，SpaceX 公司的可重復(fù)使用獵鷹 9 號火箭已將軌道發(fā)射的價格降至每公斤約 1520 美元。埃隆-馬斯克(Elon Musk)預(yù)測，一旦多艘可重復(fù)使用的"星際飛船"(Starship)開始高頻率發(fā)射，其成本也將在 2-3 年內(nèi)下降 90%。
 
　　Solspace團(tuán)隊(duì)在一篇新論文中研究了軌道反射器系統(tǒng)的實(shí)用性
 
　　現(xiàn)在，SpaceX確實(shí)已經(jīng)取得了令人驚嘆的成果，開辟了各種軌道機(jī)會，而這些機(jī)會在原本的NASA的發(fā)射計劃下可能永遠(yuǎn)不可能實(shí)現(xiàn)。因此，雖然這個時間表幾乎肯定是非常樂觀的，但似乎可以合理地預(yù)計，Solspace 公司所需的每公斤 232 美元的發(fā)射成本將在不遠(yuǎn)的將來實(shí)現(xiàn)。
 
　　因此，如果這些軌道太陽能反射器只是為世界各地的一些大型太陽能發(fā)電場供電，那么它們肯定是可行的。至于其他用途，比如擊退霜凍、給農(nóng)作物多一點(diǎn)陽光、城市照明等等......誰知道呢？誰知道呢，這些東西一旦投入使用，也許就能派上用場了。
 
　　這項(xiàng)研究已在《太空研究進(jìn)展》(Advances in Space Research)雜志上公開發(fā)表。
 
　　原標(biāo)題：構(gòu)想中的軌道反射器可在黃昏和黎明時分提高太陽能利用率
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