能源是人類社會賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，能源短缺以及傳統(tǒng)化石能源帶來的全球性氣候與環(huán)境問題成為制約世界社會與經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要因素。發(fā)展清潔能源、開發(fā)可再生能源，逐漸替代傳統(tǒng)化石能源成為全球共識。
2020年9月22日，國家主席習(xí)近平在第七十五屆聯(lián)合國大會一般性辯論上發(fā)表重要講話指出，中國將力爭2030年前實現(xiàn)碳達(dá)峰、2060年前實現(xiàn)碳中和。這一目標(biāo)已正式列入“十四五”規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要，體現(xiàn)了我國積極應(yīng)對氣候變化、推動構(gòu)建人類命運共同體的負(fù)責(zé)任大國擔(dān)當(dāng)。
中國的能源生產(chǎn)和能源消耗均為世界第一，是名副其實的能源大國，但距離建成以清潔低碳、安全高效為標(biāo)志的現(xiàn)代化能源強國目標(biāo)還有很大差距。我國可再生能源發(fā)展迅猛，開發(fā)規(guī)模居世界首位，2020年可再生能源發(fā)電裝機容量占比達(dá)34%，但由于可再生能源的不穩(wěn)定性，實際發(fā)電量占比僅為23.6%。在大規(guī)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(tǒng)化石能源提供持續(xù)穩(wěn)定的能源供給還不現(xiàn)實。而在太空，太陽光不會被大氣減弱，也不受季節(jié)、晝夜變化影響，可以通過無線能量傳輸方式向地面提供連續(xù)、穩(wěn)定的清潔能源。在空間建設(shè)太陽能電站是實現(xiàn)太陽能大規(guī)模穩(wěn)定利用的重要方式，成為解決未來能源和環(huán)境問題的主要戰(zhàn)略選擇之一。
空間太陽能電站是指在空間將太陽能轉(zhuǎn)化為電能，再通過微波或激光等方式將能量傳輸?shù)降孛娴碾娏ο到y(tǒng)。自從1968年美國Peter Glaser博士提出以來，其受到國際廣泛重視并被持續(xù)研究，但由于系統(tǒng)規(guī)模大、技術(shù)難度高，迄今尚未能建成一個完整的空間試驗電站。
近年來，以美國空軍研究實驗室和諾斯羅普·格魯曼公司等為主的機構(gòu)加大了在此領(lǐng)域的研發(fā)力度，將在2025年前開展關(guān)鍵技術(shù)空間驗證。日本已將空間太陽能發(fā)電列入國家發(fā)展計劃，提出2050年前建設(shè)商業(yè)空間太陽能電站的發(fā)展路線圖。俄羅斯將“建立空間太陽能電站領(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(zhàn)略部在2020年正式委托兩家公司對空間太陽能電站進行評估，以確定該國在此領(lǐng)域的發(fā)展策略。
在國家有關(guān)部門支持下，我國從“十一五”正式開始空間太陽能電站研究，雖然投入資金有限，但經(jīng)過十幾年的自主創(chuàng)新研究，在系統(tǒng)設(shè)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(rèn)可，成為推動國際空間太陽能電站發(fā)展的核心力量之一。
2011年，王希季、閔桂榮、周炳琨、梁思禮和龍樂豪等多位院士專家提出了“發(fā)展空間太陽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、余夢倫等院士專家擔(dān)任會議執(zhí)行主席，主題為“空間太陽能電站發(fā)展的機遇與挑戰(zhàn)”的第499次香山科學(xué)會議在京召開，12位跨學(xué)科領(lǐng)域?qū)＜易鲗W(xué)術(shù)報告。參加會議的代表經(jīng)過深入討論，認(rèn)為空間太陽能電站是一個具有重大戰(zhàn)略意義的項目，應(yīng)在國家層面組織論證，適時設(shè)立相關(guān)項目，通過持續(xù)的研發(fā)取得重要技術(shù)突破。空間太陽能發(fā)電也引起了能源界的重視。中國能源學(xué)會提出“關(guān)于發(fā)展商用空間太陽能電站解決我國未來能源環(huán)境問題的建議”。
2014年，國家層面組織專家開展了“太空發(fā)電站發(fā)展規(guī)劃及關(guān)鍵技術(shù)體系”論證工作，寫出一系列論證報告，提出我國空間太陽能電站發(fā)展規(guī)劃建議：中期目標(biāo)是在2030年左右建設(shè)兆瓦級空間太陽能試驗電站，實現(xiàn)應(yīng)急供電并開展科學(xué)研究;遠(yuǎn)期目標(biāo)是在2050年前具備建設(shè)百萬千瓦級商業(yè)化空間太陽能電站的能力，滿足國家可持續(xù)發(fā)展對能源安全的戰(zhàn)略需求。
以目前的空間技術(shù)能力建設(shè)空間太陽能電站，技術(shù)難度較大，投入巨大，因此是否應(yīng)當(dāng)發(fā)展空間太陽能電站存在很大爭議。筆者認(rèn)為，作為面向長遠(yuǎn)的航天和能源領(lǐng)域重大戰(zhàn)略工程，發(fā)展空間太陽能電站為帶動我國相關(guān)領(lǐng)域的科技創(chuàng)新、促進國家航天強國和能源強國建設(shè)提供了難得的機遇。我國發(fā)揚“兩彈一星”精神、科學(xué)規(guī)劃、加快研發(fā)步伐、高效組織實施，在新中國成立一百年之際，建成人類第一個商業(yè)化空間太陽能電站是可行的。
首先，空間太陽能電站與可控核聚變電站被認(rèn)為是兩種最有可能的終極能源解決途徑?？煽睾司圩兡壳叭蕴幱诨A(chǔ)科學(xué)研究有待突破的階段，而空間太陽能電站不存在基礎(chǔ)科學(xué)問題，雖然工程規(guī)模巨大，但相關(guān)技術(shù)經(jīng)過持續(xù)研發(fā)是能夠在一定時間內(nèi)取得重要突破的。同時，隨著技術(shù)進步和規(guī)?；圃炷芰Φ奶嵘?，空間太陽能電站將變得更加可行。筆者認(rèn)為，在本世紀(jì)下半葉能形成空間太陽能發(fā)電產(chǎn)業(yè)，成為我國能源基礎(chǔ)設(shè)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(yuǎn)地區(qū)供電、移動供電和救災(zāi)供電，具有很好的社會和經(jīng)濟效益，幫助我國實現(xiàn)從能源大國到能源強國的轉(zhuǎn)變。
近年來，我國在航天領(lǐng)域取得了舉世矚目的重大突破，已經(jīng)真正進入到航天大國行列。但同時也應(yīng)當(dāng)看到，我國距離航天強國的目標(biāo)還有很大差距。空間太陽能電站的發(fā)展將極大地帶動低成本運載、空間大規(guī)模建造等空間前沿技術(shù)的跨越式發(fā)展，為我們進一步和平利用太空、開發(fā)空間資源開辟新的空間，推動我國航天強國夢早日實現(xiàn)。
空間太陽能電站是人類開發(fā)利用太陽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)價值也引起了民營企業(yè)的關(guān)注。如果國家進行前期技術(shù)投資，會大大增強商業(yè)資本的信心并吸引其進入空間太陽能發(fā)電領(lǐng)域，推動后者快速發(fā)展。同時，發(fā)展空間太陽能電站需要大力開展協(xié)同創(chuàng)新，將帶動大批高素質(zhì)人才培養(yǎng)，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(yīng)高度重視空間太陽能電站建設(shè)，發(fā)揮我國集中力量辦大事的優(yōu)越性，持續(xù)加大空間太陽能電站的研發(fā)投入，加快技術(shù)突破，使我國具備商業(yè)化空間太陽能電站建設(shè)能力，力爭在2050年前建成國際上第一個百萬千瓦級商業(yè)化空間太陽能電站，滿足國家可持續(xù)發(fā)展對能源安全的戰(zhàn)略需求，為國民經(jīng)濟和社會發(fā)展作出重大貢獻(xiàn)。
(來源：中國科學(xué)報，作者系中國科學(xué)院院士葛昌純)
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