日本的宇宙發電夢
2012/03/29
“將衛星發射到宇宙空間，然後衛星通過巨大的太陽能電池板進行發電，再將獲得的能源通過電波傳輸回地球”，這樣的構想猶如科幻小説，但實際上日本政府主導的相關研究工作正在推進。
上述計劃被稱為“宇宙太陽能發電系統”。該計劃具體內容是，首先要將鋪設太陽能電池板的2.5公里見方的巨大裝置發射到大氣層外的靜止軌道上，然後在距離地面3萬6000公里的高空進行發電。接下來，這個系統會將電力通過微波形式傳輸到設置於海面等處的直徑4公里左右的地面接收裝置。根據推算，擁有100萬千瓦發電能力（相當於1座核電站）的1顆衛星的成本大約為1.2萬億日元（包含衛星發射費用）。日本提出的這個龐大計劃力爭在2030年進入實用化階段。
宇宙太陽能發電的歷史非常悠久。在世界性的太空競賽後，在遭遇石油危機的上世紀70年代，美國國家航空航太局（NASA）等機構就已經著手研究宇宙太陽能發電技術。但是，由於巨大的成本和優先級觀點，其後的研究逐漸偃旗息鼓。反觀日本，在歷經2次石油危機的上世紀80年以後，日本的大學和研究機構一直都在默默地進行宇宙太陽能發電技術的研究。而全面展開研究工作則是在上世紀90年代後半期。作為未來能源的開發構想，日本通産省（現經濟産業省）于2000年前後提出了研發宇宙太陽能發電系統的構想。實際上，日本宇宙航空研究開發機構（JAXA，其前身是宇宙開發事業集團（NASDA）等）與宇宙相關領域的13家民間機構于1986年組建了財團法人無人宇宙實驗系統研究開發機構（USEF），這個機構正在研發衛星相關領域的技術和傳輸技術等。
在宇宙空間中進行太陽能發電擁有如下優勢。最大的優勢在於，與地面不同，可以不受晝夜和天氣條件制約。此外，太陽能發電設施在宇宙空間中可24小時連續運轉，發電量最高可達地面的10倍。出身於重工業企業、在USEF主管研發的技術總部團隊經理佈施嘉春強調説，“作為可以永恒發電的大容量基礎電源，該設施非常值得期待”。當然，目前仍然有很多難題需要攻克。首先是傳輸技術。雖然目前設想的是使用與微波爐相同的微波，但必須降低供電損失，研發高效率的傳輸技術。其次，在向地面傳輸微波之際，需要驗證安全性，也就是要驗證是否會對飛機和電子設備以及各種生物産生影響。為防止意外事件，有人提出將信號接受區域設定為人類和飛機禁止進入的區域。
不過最大的難題仍然是經濟效益。從高效太陽能電池的開發、輕量高性能供電天線和輕量大型衛星到高性能地面接收天線，無一不需要進行技術革新。此外，目前衛星的發射成本仍然很高，現在來看，與具有競爭力的地面發電費用相比，宇宙太陽能發電仍然很不合算。因此成本結構的改革也必不可少。根據日本政府于2009年9月制定的《宇宙基本計劃》提出的目標，如果宇宙太陽能發電研究開發項目入選可獲重點扶持的9個研究主題範圍，就有望在今後10年之內進入實用化階段。宇宙太陽能發電目前還沒有入選“事業分類”計劃，其問題的關鍵在於日本的財政狀況不佳。
在福島核電站事故以後，雖然自然能源開發方面政策暖風不斷，但除了開發費用不斷增加之外，關於新能源的優化組合研究仍然沒有得到深入。著眼未來，日本今後將形成什麼樣的能源結構？如何安排新技術普及的優先等級？這些討論的結果很可能導致開發計劃的調整。儘管如此，這項技術發展到今天，在全球範圍內還是出現了重新評價的動態。在美國，去年NASA將宇宙太陽能發電選為新一代技術概念研究主題之一，而且已經將今後進行實證試驗納入視野。而最為積極的則是中國。中國目前正在重點分析發達國家的研究成果，今後將加快自主技術研發步伐，並力爭到2050年將技術投入商用領域。
在“宇宙太陽能發電系統”研究領域，日本處於領先水準，但該技術最終能否問世還是未知數。從預算效率觀點來看，在發展過程中可能遭遇節外生枝。不過，雖然中斷研究非常簡單，但在重啟研發之後，要追回開發競爭方面的差距並積累研發過程中獲得的宇宙相關技術則並非易事。在審視研發進度、成本以及世界動態的同時，積極進行冷靜的討論，這對日本將來提高技術實力不可或缺。
（日經新聞産業部 宮東治彥）
版權聲明：日本經濟新聞社版權所有，未經授權不得轉載或部分複製，違者必究。
上述計劃被稱為“宇宙太陽能發電系統”。該計劃具體內容是，首先要將鋪設太陽能電池板的2.5公里見方的巨大裝置發射到大氣層外的靜止軌道上，然後在距離地面3萬6000公里的高空進行發電。接下來，這個系統會將電力通過微波形式傳輸到設置於海面等處的直徑4公里左右的地面接收裝置。根據推算，擁有100萬千瓦發電能力（相當於1座核電站）的1顆衛星的成本大約為1.2萬億日元（包含衛星發射費用）。日本提出的這個龐大計劃力爭在2030年進入實用化階段。
宇宙太陽能發電的歷史非常悠久。在世界性的太空競賽後，在遭遇石油危機的上世紀70年代，美國國家航空航太局（NASA）等機構就已經著手研究宇宙太陽能發電技術。但是，由於巨大的成本和優先級觀點，其後的研究逐漸偃旗息鼓。反觀日本，在歷經2次石油危機的上世紀80年以後，日本的大學和研究機構一直都在默默地進行宇宙太陽能發電技術的研究。而全面展開研究工作則是在上世紀90年代後半期。作為未來能源的開發構想，日本通産省（現經濟産業省）于2000年前後提出了研發宇宙太陽能發電系統的構想。實際上，日本宇宙航空研究開發機構（JAXA，其前身是宇宙開發事業集團（NASDA）等）與宇宙相關領域的13家民間機構于1986年組建了財團法人無人宇宙實驗系統研究開發機構（USEF），這個機構正在研發衛星相關領域的技術和傳輸技術等。
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| 宇宙太陽能發電系統示意圖(USEF提供) |
在宇宙空間中進行太陽能發電擁有如下優勢。最大的優勢在於，與地面不同，可以不受晝夜和天氣條件制約。此外，太陽能發電設施在宇宙空間中可24小時連續運轉，發電量最高可達地面的10倍。出身於重工業企業、在USEF主管研發的技術總部團隊經理佈施嘉春強調説，“作為可以永恒發電的大容量基礎電源，該設施非常值得期待”。當然，目前仍然有很多難題需要攻克。首先是傳輸技術。雖然目前設想的是使用與微波爐相同的微波，但必須降低供電損失，研發高效率的傳輸技術。其次，在向地面傳輸微波之際，需要驗證安全性，也就是要驗證是否會對飛機和電子設備以及各種生物産生影響。為防止意外事件，有人提出將信號接受區域設定為人類和飛機禁止進入的區域。
不過最大的難題仍然是經濟效益。從高效太陽能電池的開發、輕量高性能供電天線和輕量大型衛星到高性能地面接收天線，無一不需要進行技術革新。此外，目前衛星的發射成本仍然很高，現在來看，與具有競爭力的地面發電費用相比，宇宙太陽能發電仍然很不合算。因此成本結構的改革也必不可少。根據日本政府于2009年9月制定的《宇宙基本計劃》提出的目標，如果宇宙太陽能發電研究開發項目入選可獲重點扶持的9個研究主題範圍，就有望在今後10年之內進入實用化階段。宇宙太陽能發電目前還沒有入選“事業分類”計劃，其問題的關鍵在於日本的財政狀況不佳。
在福島核電站事故以後，雖然自然能源開發方面政策暖風不斷，但除了開發費用不斷增加之外，關於新能源的優化組合研究仍然沒有得到深入。著眼未來，日本今後將形成什麼樣的能源結構？如何安排新技術普及的優先等級？這些討論的結果很可能導致開發計劃的調整。儘管如此，這項技術發展到今天，在全球範圍內還是出現了重新評價的動態。在美國，去年NASA將宇宙太陽能發電選為新一代技術概念研究主題之一，而且已經將今後進行實證試驗納入視野。而最為積極的則是中國。中國目前正在重點分析發達國家的研究成果，今後將加快自主技術研發步伐，並力爭到2050年將技術投入商用領域。
在“宇宙太陽能發電系統”研究領域，日本處於領先水準，但該技術最終能否問世還是未知數。從預算效率觀點來看，在發展過程中可能遭遇節外生枝。不過，雖然中斷研究非常簡單，但在重啟研發之後，要追回開發競爭方面的差距並積累研發過程中獲得的宇宙相關技術則並非易事。在審視研發進度、成本以及世界動態的同時，積極進行冷靜的討論，這對日本將來提高技術實力不可或缺。
（日經新聞産業部 宮東治彥）
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