用海上風(fēng)電場接收太空太陽能？“無限”能源可直接入網(wǎng)

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環(huán)球零碳

碳中和領(lǐng)域的《新青年》

首圖來源：歐洲航天局

撰文：Bell

編輯：小瀾

→這是《環(huán)球零碳》的1899篇原創(chuàng)

在人類應(yīng)對(duì)氣候變化與能源安全的雙重挑戰(zhàn)之際，一項(xiàng)看似科幻的構(gòu)想正在逐步走向現(xiàn)實(shí)：將太陽能發(fā)電站送入太空，再將清潔電力無線傳輸回地球。

2026年2月，英國能源安全與凈零部發(fā)布了一項(xiàng)由Frazer-Nash咨詢公司與帝國理工大學(xué)共同完成的研究，進(jìn)一步探討了“天基太陽能”設(shè)想的可行性。

該報(bào)告提出了一項(xiàng)極具巧思的整合方案——將太空太陽能的地面接收設(shè)施，直接建設(shè)在現(xiàn)有的海上風(fēng)電場內(nèi)。

該報(bào)告指出，如果天基太陽能通過現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施與電網(wǎng)相連，其發(fā)電成本最早在2040年就有潛力與其他商業(yè)可再生能源電力競爭。

最近以來，太空光伏概念在馬斯克的推動(dòng)下爆火，受到多方關(guān)注。甚至有研究證明，到2050年，這一技術(shù)就有可能使歐洲對(duì)陸基可再生能源的需求減少80%。

天基太陽能（SBSP）通過提供全天候24小時(shí)、基載且可調(diào)度的無碳電力，解決陸地太陽能和風(fēng)能的土地利用及間歇性挑戰(zhàn)。

可能有人會(huì)問，利用軌道裝置直接在太空中收集太陽能的潛力我們了解了，那采集到的能量如何送回地球？總不可能是從天空中拉一條電線下來吧。

實(shí)際上，目前的技術(shù)路徑已經(jīng)清晰。

太陽能衛(wèi)星將收集到的直流電轉(zhuǎn)換為微波，通過定向波束發(fā)射至地面，而地面接收裝置“整流天線”再將微波還原為直流電，最終并入電網(wǎng)。

微波傳輸?shù)膬?yōu)勢在于幾乎不受天氣影響，無論是陰雨還是風(fēng)暴，都能穩(wěn)定工作。研究人員認(rèn)為，該技術(shù)可以通過提供更穩(wěn)定的發(fā)電，幫助解決陸基傳統(tǒng)可再生能源的間歇性挑戰(zhàn)。

來源：iStock

而整流天線的具體選址，給了海上風(fēng)電場展現(xiàn)獨(dú)特價(jià)值的舞臺(tái)。

英國一些海域已建成大規(guī)模風(fēng)電集群，這些風(fēng)電場都配備了完善的高壓輸電設(shè)施和海底電纜，可以直接將電力輸送到岸上用電中心。

據(jù)Interesting Engineering報(bào)道，在這些現(xiàn)有風(fēng)電場內(nèi)加裝整流天線接收太陽能，就可以“借道”這些已有的設(shè)施，省去新建輸電網(wǎng)絡(luò)的高昂成本，也減少對(duì)陸地和海洋環(huán)境的額外影響。

換句話說，未來的海上風(fēng)電場，可能不再只是一個(gè)“風(fēng)能發(fā)電廠”，而是一個(gè)“多能源接收站”——既可以接收風(fēng)，也可以接收來自太空的陽光。

而且，這些接收器可以根據(jù)需要靈活布置，比如放在英國南部用電需求高的地區(qū)附近，減少長距離輸電的損耗。

研究報(bào)告數(shù)據(jù)顯示，位于南部的整流天線產(chǎn)生的電力可利用率為99%，高于受傳輸限制的北部阿伯丁地區(qū)。

如果接收天線安置在英格蘭南部，小規(guī)模太空太陽能發(fā)電（SBSP）可以替代更多的海上風(fēng)電容量，而阿伯丁的接收天線主要會(huì)取代核電發(fā)電。

而這可以同時(shí)減少英國對(duì)陸基可再生能源以及傳統(tǒng)能源的依賴。在最大利用率的情況下，英格蘭南部接收到的天基太陽能有可能每年替代400GWh的發(fā)電。

圖說：52兆瓦天基太陽能對(duì)英國能源結(jié)構(gòu)的影響

來源：英國能源安全與凈零部

而且，報(bào)告還提出了一種全新設(shè)想：即通過在全球適當(dāng)位置放置整流天線，英國還可以出口可預(yù)測的、間歇性的電力，而無需物理傳輸基礎(chǔ)設(shè)施，比如加拿大和日本。

長期以來，太空太陽能被視為經(jīng)濟(jì)上不可行的技術(shù)幻想，核心障礙在于高不可攀的發(fā)射成本。

報(bào)告指出發(fā)射費(fèi)用是最重要的單一成本因素，占太空太陽能平準(zhǔn)化度電成本（LCOE）變動(dòng)的一半以上。

不過，隨著SpaceX等商業(yè)航天企業(yè)推動(dòng)可重復(fù)使用火箭技術(shù)成熟，近地軌道發(fā)射成本在過去十年間已呈斷崖式下降。

研究報(bào)告對(duì)未來成本走勢給出了量化預(yù)測：以正在研發(fā)的“星艦”級(jí)運(yùn)載火箭為基準(zhǔn)，到2040年，樂觀情景下每公斤有效載荷的發(fā)射成本可降至約550英鎊，保守情景下也僅為770英鎊。這意味著發(fā)射成本將在2030年至2040年間下降約30%。

基于這一預(yù)期，研究團(tuán)隊(duì)重新計(jì)算了太空太陽能的平準(zhǔn)化度電成本。

數(shù)據(jù)顯示，到2030年這一數(shù)字約為0.0335至0.0595英鎊/千瓦時(shí)；而到2040年，這一數(shù)字將顯著下降至0.0087至0.0129英鎊/千瓦時(shí)（約合118至175美元/兆瓦時(shí)），屆時(shí)將與核電、潮汐能等成熟低碳能源處于同一競爭區(qū)間。

來源：英國能源安全與凈零部

當(dāng)然，從研究報(bào)告到實(shí)際部署，仍有漫長的路要走。

首當(dāng)其沖的是初期投資門檻：開發(fā)首個(gè)吉瓦級(jí)太空太陽能驗(yàn)證系統(tǒng)，研發(fā)投入預(yù)計(jì)高達(dá)約158億歐元。

研究報(bào)告坦承，若無前期政策支持和風(fēng)險(xiǎn)分擔(dān)機(jī)制，如此規(guī)模的初始投資足以令私人資本望而卻步。

技術(shù)層面的挑戰(zhàn)同樣不容忽視。直徑數(shù)公里的整流天線陣列可能對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境和景觀視線產(chǎn)生影響，需要開展詳盡的環(huán)境評(píng)估。

盡管挑戰(zhàn)重重，太空太陽能的戰(zhàn)略價(jià)值已引發(fā)全球主要經(jīng)濟(jì)體的競逐。

中國計(jì)劃在2028年前建成太空太陽能的驗(yàn)證陣列；歐洲空間局通過“SOLARIS”計(jì)劃系統(tǒng)評(píng)估技術(shù)可行性；美國加州理工學(xué)院已成功完成太空無線能量傳輸?shù)脑谲墱y試。在英國，由90余家機(jī)構(gòu)組成的“太空能源倡議”聯(lián)盟正在推動(dòng)產(chǎn)學(xué)研協(xié)同創(chuàng)新。

站在2026年的今天回望，1941年科幻作家阿西莫夫筆下從太空獲取能量的想象，正在一步步走向現(xiàn)實(shí)。

Reference：

[1]https://interestingengineering.com/energy/uk-space-solar-offshore-wind-farms

[2]https://www.rechargenews.com/solar/offshore-wind-could-help-support-space-based-solar-uk-government-report-suggests/2-1-1944172

[3]https://www.thenews.com.pk/latest/1393114-space-based-solar-power-could-push-the-world-beyond-net-zero-heres-how

[4]https://www.pv-magazine.com/2026/02/19/space-based-solar-could-be-competitive-by-2040-uk-government-finds/

[5]https://www.euronews.com/2026/02/21/clean-power-everywhere-how-space-based-solar-could-help-us-go-beyond-net-zero-targets

[6]https://cloud.tencent.com/developer/news/914036

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