0引言

這次全球遭遇的是金融危機而并非石油危機，但以美國為首的發(fā)達國家卻把新能源發(fā)展提升到了前所未有的高度，對新能源的投入呈現(xiàn)加速之勢。2009年4月初美國能源部長朱棣文在《新聞周刊》上撰文，呼吁美國放棄石油，掌握自己的能源命運，為新能源開發(fā)造勢。奧巴馬政府希望借助能源新政的指引極大地促進美國經濟轉型。這不僅會創(chuàng)造一個全新的能源大產業(yè)，而且將增加數(shù)百萬就業(yè)崗位，從而扭轉美國經濟下滑的局面。美國希望并且認定未來將美國送達世界經濟制高點的產業(yè)就是新能源產業(yè)。奧巴馬在就職演說中也透露了美國的能源新政之一就是抑制石化能源價格上漲，不這樣做就會助長了我們的敵對勢力，同時也威脅著我們的星球。由此可見，誰能在新能源戰(zhàn)略競爭中取得優(yōu)勢，誰就可以在下一場產業(yè)革命中繼續(xù)充當世界科技創(chuàng)新的領跑者、經濟發(fā)展的火車頭以及國際新標準的制定者。

本文僅就新能源中的太陽能發(fā)電技術的動向做一個預測。其一，關鍵光伏器件的價格將進一步降低，從上世紀50年代初的1500美元/W降至1美元/W左右（現(xiàn)行價格為4美元/W）；其二，是將太空技術、微波技術和光伏技術結合；其三，是我國將加大新能源發(fā)展的力度，在GDP增長的城市規(guī)劃中會單列一塊，即新能源在GDP增長中的貢獻，且逐步解決分布式供電網問題。

1太陽能發(fā)電與微波輸電計劃

1.1宇宙太陽能發(fā)電

太陽表面的溫度約為2伊107益，它所釋放的能量為1伊1024kW。其中，地球有可能利用的能量為1.8伊1014kW，若以地球表面來平均，則可利用的能量達183W/m2（日照總量為1400W/m2）。

除上述在地表可獲取的能量外，人們還可以從空中捕獲太陽能量，SSPS計劃就是基于此為出發(fā)點的。

最初的設想是從1973年到1984年底為基礎研究階段，到1992年底試制概念樣機，并開始試制實用裝置，到1998年給出可投入實際運行的太陽能光伏發(fā)電和微波發(fā)送接收裝置。

作為21世紀的新能源系統(tǒng)，核聚變發(fā)電系統(tǒng)和軟能源系統(tǒng)是有希望的。在軟能源系統(tǒng)中，宇宙太陽能發(fā)電系統(tǒng)（SSPS）非常引人注目。

如果把宇宙太陽能發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)展過程進行分類，大致可分為五個階段。

第一階段是設想時期。美國空軍雷神公司在1967年成功地進行了通過微波向模擬直升機提供電力的試驗，這一試驗連續(xù)進行了10h，成功地使直升機維持了18m的高度。這是世界上首次進行的電力微波傳輸試驗。

第二階段是美國航天局開始對宇宙太陽能發(fā)電系統(tǒng)進行立項。美國航天局同能源部在從20世紀70年代后半期到20世紀80年代前半期的10年左右的時間里，正式進行了宇宙太陽能發(fā)電系統(tǒng)的開發(fā)與研究。代表這一研究成果的系統(tǒng)是1979年研制的宇宙太陽能發(fā)電系統(tǒng)。這一系統(tǒng)是在高度為3.6伊104km的衛(wèi)星靜止軌道上建設裝有寬5km、長10km的巨大太陽能電池的太空站，并把產生的電力變換成微波后傳輸?shù)降孛?。?jù)說，預計該宇宙太陽能發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電能力為5GW。

第三階段是美國繼續(xù)研究能否實現(xiàn)比較經濟的宇宙太陽能發(fā)電系統(tǒng)的問題，并每隔10年做一次報告。

第四階段是用新概念、新思路研究宇宙太陽能發(fā)電系統(tǒng)的時期。其中，具有代表性的、高度為6000km的太陽塔型宇宙太陽能發(fā)電系統(tǒng)受到好評。其傳輸微波的頻率為2.45耀3.5GHz，這滿足了家用微波爐所需要的微波條件。

第五階段是概念設計時期，美國航天局根據(jù)國會的要求，在1998年3月耀9月，基于以前的研究成果，實施了宇宙太陽能發(fā)電系統(tǒng)的概念設計。

日本宇宙開發(fā)事業(yè)團、歐洲航天局和加拿大航天局也提出了應通過國際合作盡快解決的事項：研究主要的核心技術；進行大氣中的無線供電試驗；調查微波發(fā)射對生態(tài)系統(tǒng)所產生的長期影響；通過國際空間站進行宇宙太陽能發(fā)電系統(tǒng)試驗；以宇宙太陽能發(fā)電系統(tǒng)為契機，制定旨在開展新能源開發(fā)的國際合作。

宇宙開發(fā)事業(yè)團計劃在今后25年內投入約800億美元，進行宇宙太陽能發(fā)電系統(tǒng)研究與開發(fā)工作。根據(jù)這一計劃，擬在2010年耀2020年構筑發(fā)電能力為1GW級的實用型宇宙太陽能發(fā)電系統(tǒng)。此外，不僅進行上述基礎技術和核心技術的研究與開發(fā)，而且將向圍繞地球運行的軌道發(fā)射發(fā)電能力為6GW的宇宙太陽能發(fā)電系統(tǒng)衛(wèi)星，并通過微波從太空向地面?zhèn)鬏旊娏Γ€將進行電離層和大氣層的同傳播特性有關的試驗性研究。

如果計劃進展順利，那就等于是構筑了比快中子增殖反應堆和核聚變反應堆更能迅速實用化的技術，因而值得關注。

1.2SSPS計劃概述

若干年前就有人設想過從遙遠的地方利用微波來輸電，1969年美國雷神公司的布朗（W.C.Brown）從地面向天空發(fā)射微波，通過接收天線將接收的電能返回到一架直升飛機上，使裝有天線的直升飛機帶著接收的電功率在空中飛行，這是最早的成功的開拓性試驗。

到20世紀70年代各國相繼研制微波輸送、接收電力的試驗。電功率一般均在2450MHz、10kW左右。1974年，美國邁阿密大學發(fā)表了論文《大規(guī)模從宇宙發(fā)電與輸電計劃》，其概念裝置模型如圖1所示，簡稱SSPS（SatelliteSolarPowerStation）計劃，該計劃第一次把太陽能光伏發(fā)電和微波傳輸兩種最新概念結合了起來。

圖1中，重要部分之一是太陽能光伏電池傳輸中的電池板。其占用宇宙站面積大約為6km伊26km，可發(fā)出8GW（1GW=109W=106kW）的功率。然后將其變?yōu)槲⒉ㄋ椭恋厍?，除去損耗，到達地面取得的功率約為5GW。SSPS計劃系統(tǒng)結構及系統(tǒng)各部分的成本分析如圖2所示。首先是把太陽能電池及微波發(fā)生器等設備送上宇宙的發(fā)射費用占了較大份額，預計會占1/2以上；其次是太陽能電池光伏發(fā)電的費用也占很大比例；最后是微波發(fā)射和天線等的費用，預計不會超過16%。

圖2中太陽電池的效率為12.3%，若不考慮從太陽光到電力的變換則發(fā)電5GW，而太陽電池發(fā)電功率需8.85GW，因此計算得出系統(tǒng)綜合效率為56%。