葛昌純院士：我國應積極建設空間太陽(yáng)能電站

  能源是人類(lèi)社會(huì )賴(lài)以生存和發(fā)展的基礎，能源短缺以及傳統化石能源帶來(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)濟可持續發(fā)展的重要因素。發(fā)展清潔能源、開(kāi)發(fā)可再生能源，逐漸替代傳統化石能源成為全球共識。
2020年9月22日，國家主席習近平在第七十五屆聯(lián)合國大會(huì )一般性辯論上發(fā)表重要講話(huà)指出，中國將力爭2030年前實(shí)現碳達峰、2060年前實(shí)現碳中和。
這一目標已正式列入“十四五”規劃和2035年遠景目標綱要，體現了我國積極應對氣候變化、推動(dòng)構建人類(lèi)命運共同體的負責任大國擔當。
中國的能源生產(chǎn)和能源消耗均為世界第一，是名副其實(shí)的能源大國，但距離建成以清潔低碳、安全高效為標志的現代化能源強國目標還有很大差距。
我國可再生能源發(fā)展迅猛，開(kāi)發(fā)規模居世界首位，2020年可再生能源發(fā)電裝機容量占比達34%，但由于可再生能源的不穩定性，實(shí)際發(fā)電量占比僅為23.6%。
在大規模儲能技術(shù)取得重大突破之前，僅依靠地面可再生能源取代傳統化石能源提供持續穩定的能源供給還不現實(shí)。
而在太空，太陽(yáng)光不會(huì )被大氣減弱，也不受季節、晝夜變化影響，可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)能量傳輸方式向地面提供連續、穩定的清潔能源。
在空間建設太陽(yáng)能電站是實(shí)現太陽(yáng)能大規模穩定利用的重要方式，成為解決未來(lái)能源和環(huán)境問(wèn)題的主要戰略選擇之一。
空間太陽(yáng)能電站是指在空間將太陽(yáng)能轉化為電能，再通過(guò)微波或激光等方式將能量傳輸到地面的電力系統。
自從1968年美國Peter Glaser博士提出以來(lái)，其受到國際廣泛重視并被持續研究，但由于系統規模大、技術(shù)難度高，迄今尚未能建成一個(gè)完整的空間試驗電站。
近年來(lái)，以美國空軍研究實(shí)驗室和諾斯羅普·格魯曼公司等為主的機構加大了在此領(lǐng)域的研發(fā)力度，將在2025年前開(kāi)展關(guān)鍵技術(shù)空間驗證。
日本已將空間太陽(yáng)能發(fā)電列入國家發(fā)展計劃，提出2050年前建設商業(yè)空間太陽(yáng)能電站的發(fā)展路線(xiàn)圖。俄羅斯將“建立空間太陽(yáng)能電站領(lǐng)域合作”項目納入“2013—2017年中俄航天合作大綱”。
英國航天局和商業(yè)能源工業(yè)戰略部在2020年正式委托兩家公司對空間太陽(yáng)能電站進(jìn)行評估，以確定該國在此領(lǐng)域的發(fā)展策略。
在國家有關(guān)部門(mén)支持下，我國從“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，在系統設計和關(guān)鍵技術(shù)方面取得了部分重要成果，得到了國際上的廣泛認可，成為推動(dòng)國際空間太陽(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(zhuān)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(zhuān)家擔任會(huì )議執行主席，主題為“空間太陽(yáng)能電站發(fā)展的機遇與挑戰”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)域專(zhuān)家作學(xué)術(shù)報告。
參加會(huì )議的代表經(jīng)過(guò)深入討論，認為空間太陽(yáng)能電站是一個(gè)具有重大戰略意義的項目，應在國家層面組織論證，適時(shí)設立相關(guān)項目，通過(guò)持續的研發(fā)取得重要技術(shù)突破。
空間太陽(yáng)能發(fā)電也引起了能源界的重視。中國能源學(xué)會(huì )提出“關(guān)于發(fā)展商用空間太陽(yáng)能電站解決我國未來(lái)能源環(huán)境問(wèn)題的建議”。
2014年，國家層面組織專(zhuān)家開(kāi)展了“太空發(fā)電站發(fā)展規劃及關(guān)鍵技術(shù)體系”論證工作，寫(xiě)出一系列論證報告，提出我國空間太陽(yáng)能電站發(fā)展規劃建議：中期目標是在2030年左右建設兆瓦級空間太陽(yáng)能試驗電站，實(shí)現應急供電并開(kāi)展科學(xué)研究；遠期目標是在2050年前具備建設百萬(wàn)千瓦級商業(yè)化空間太陽(yáng)能電站的能力，滿(mǎn)足國家可持續發(fā)展對能源安全的戰略需求。
以目前的空間技術(shù)能力建設空間太陽(yáng)能電站，技術(shù)難度較大，投入巨大，因此是否應當發(fā)展空間太陽(yáng)能電站存在很大爭議。
筆者認為，作為面向長(cháng)遠的航天和能源領(lǐng)域重大戰略工程，發(fā)展空間太陽(yáng)能電站為帶動(dòng)我國相關(guān)領(lǐng)域的科技創(chuàng )新、促進(jìn)國家航天強國和能源強國建設提供了難得的機遇。
我國發(fā)揚“兩彈一星”精神、科學(xué)規劃、加快研發(fā)步伐、高效組織實(shí)施，在新中國成立一百年之際，建成人類(lèi)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為是兩種最有可能的終極能源解決途徑。
可控核聚變目前仍處于基礎科學(xué)研究有待突破的階段，而空間太陽(yáng)能電站不存在基礎科學(xué)問(wèn)題，雖然工程規模巨大，但相關(guān)技術(shù)經(jīng)過(guò)持續研發(fā)是能夠在一定時(shí)間內取得重要突破的。
同時(shí)，隨著(zhù)技術(shù)進(jìn)步和規?；圃炷芰Φ奶嵘?，空間太陽(yáng)能電站將變得更加可行。筆者認為，在本世紀下半葉能形成空間太陽(yáng)能發(fā)電產(chǎn)業(yè)，成為我國能源基礎設施的重要組成部分。
除了用于商業(yè)發(fā)電之外，還可用于偏遠地區供電、移動(dòng)供電和救災供電，具有很好的社會(huì )和經(jīng)濟效益，幫助我國實(shí)現從能源大國到能源強國的轉變。
近年來(lái)，我國在航天領(lǐng)域取得了舉世矚目的重大突破，已經(jīng)真正進(jìn)入到航天大國行列。但同時(shí)也應當看到，我國距離航天強國的目標還有很大差距。
空間太陽(yáng)能電站的發(fā)展將極大地帶動(dòng)低成本運載、空間大規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)我國航天強國夢(mèng)早日實(shí)現。
空間太陽(yáng)能電站是人類(lèi)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。
如果國家進(jìn)行前期技術(shù)投資，會(huì )大大增強商業(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，造就一批世界級的科技領(lǐng)軍人才和創(chuàng )新團隊。
筆者建議，國家層面應高度重視空間太陽(yáng)能電站建設，發(fā)揮我國集中力量辦大事的優(yōu)越性，持續加大空間太陽(yáng)能電站的研發(fā)投入，加快技術(shù)突破，使我國具備商業(yè)化空間太陽(yáng)能電站建設能力，力爭在2050年前建成國際上第一個(gè)百萬(wàn)千瓦級商業(yè)化空間太陽(yáng)能電站，滿(mǎn)足國家可持續發(fā)展對能源安全的戰略需求，為國民經(jīng)濟和社會(huì )發(fā)展作出重大貢獻。
（作者系中國科學(xué)院院士）
《中國科學(xué)報》 (2021-05-11 第1版 要聞)
編輯 | 趙路排版 | 志海