能源新闻网讯，9月16日，以“能源安全 绿色转型”为主题的2023全球能源转型高层论坛在昌平区未来科学城开幕。

开幕式后，与会领导来到华为、国家能源集团、隆基等展区，参观了论坛举办的科技成果展览展示。论坛期间，还将举行主论坛、九大专题分论坛、签约和揭牌仪式等活动。

下面是九大专题分论坛之2023“能源谷”建设发展论坛活动中中国空间技术研究院科技委主任李明先生的发言：

各位嘉宾，女士们、先生们，今天非常高兴有这么一个机会向大家作支持碳中和空间能源解决途径。大家知道空间技术赋予人类的主要还是提供信息服务，你比如说各类空间遥感，主要就是信息获取，无论是海洋、陆地还是气象都是属于遥感。另外就是通讯，通讯就是信息传输，包括最近几天大家都比较兴奋，华为的Mate60 Pro实现了卫星手机通讯，这个通讯就是中国航天技术研究院研制的天通一号，支持了华为手机通讯。以前我们都是用专用的手机，华为用它们创新的技术，我觉得这个也是一个非常大的创新。另外导航卫星也是信息服务，它是服务于时间和空间基准，今天我跟大家交流的是空间能源，我们想的是什么呢?利用我们国家的航天技术，不光是提供信息服务，将来有没有可能为碳中和作贡献，把天上非常丰富的太阳能给它引到地面上来，就是电从天上来，这就是这个主题的想法。

给大家汇报的内容分成四个方面，一是碳中和的目标和空间解决方案，二是空间太阳能目前的现状和趋势，三是从技术人员的角度，结合团队目前研究这些情况，谈一谈我们国家空间太阳能如何发展。目前，我们国家还没有正式的太阳能方面国家计划，目前主要是做技术研究和攻关工作。最后是总结。

全球气候变化，刚才有几位专家的报告提到了，现在的挑战越来越严峻，尤其是在北京的各位朋友同事，咱们都经历了端午节，气温直接冲到了最高41度，这是北京历史上从来没有过的，直接感受到了全球气候变化给我们带来的切身影响。2016年有一个非常重要的协议就是《巴黎协定》正式签署，在这个会上，主要的发达国家都把碳中和目标定在2050年，这就是有关人类应对气候变化几个主要大的节点。

近期，一个是2016年的《巴黎协定》，再就是2020年9月份习主席在75届联大代表中国提出了，我们作为世界上当时最大的发展中国家，努力争取2060年实现碳中和的目标。非常重要的一件事，在今年的六月份，我们已经实现可再生能源和传统煤电的平衡，我觉得这也是一个非常重要的标志性时间点。

调研国际能源署对未来能源大致的预测，它是瞄着2050年全部实现用绿色能源替代化石能源这样一个目标。大家可以看到，在这个里面占比最高的以太阳能、风电和水电构成最大比例发电方式，应该说国际社会包括中国在这个方面有相应的共识，未来重点的绿色能源应该是太阳能、风能和水电。但是这几种非常有价值有前景的可再生能源，它们的发展也面临一些挑战。比如像风电、太阳能发电，它都是不稳定的。同时对于水电而言，极端气候的变化也会影响水电的稳定，比如像在去年成都的供电突然遇到很大的风险，就是因为当时气候变化引起当地水利供电产生了短缺，造成成都地区用电紧张。传统可再生能源技术不稳定性，对于支撑碳中和的目标带来了极大的挑战。其中一个最大的挑战，这些能源都需要大规模的储能，包括谢院士提出的氢能源，将来有可能是电转氢储存的方式。

说到太阳能，因为这个报告跟太阳能有关系，大家可以看到，根据2021年发改委提供的数据，太阳能装机容量在世界上目前还是最高的。但是利用率，不光是中国的利用率，全球大概都是这样，大概只有6.76%。这样低的利用率，主要是由于太阳能要透过大气，由于光谱吸收问题带来很大衰减，再就是昼夜变化，另外就是气候气象的原因。像我们国家太阳能最富集的地区，包括内蒙、青海、西藏等等，平均每平方米发电功率水平是200瓦左右，太阳辐照的水平是200瓦左右。同时大家也都知道，我们真正耗电量最大的都是集中在我们国家的南部和东部，但是太阳能最富集的地区恰恰在西部，这样就需要有长距离的能量输送。这样的话，又带来了相应的效率方面的问题。

碳中和面临着极大的挑战，亟需开发。PPT今天我给大家提出的是另外一种，可以跟核聚变平行发展，在技术上可以相互进行比照竞争这样一个技术路线，就是空间太阳能电站。这个概念是上个世纪1968年首先由美国的科学家提出，并注册了相应的专利。他提供了一种在空间利用太阳能，从空间把太阳能转化成微波传输到地面，由地面接收，这样一种清洁能源供电方式。独特的优势是它是空间的发电，所以它没有大气的损耗，不受天气的影响，另外它没有昼夜的变化，它可以一天24小时源源不断地为接收地点站网提供能源。组成部分，一个是天机部分超大型太阳能电池阵，由地面整流天线进行接收，当然地面整流天线也是比较大面积的地面设施。就是由这么几个部分几个环节来组成的。

它的优点，空间太阳能资源储量远大于地面太阳能资源储量，地面辐照度最好的就是西北地区，其他地区更差了。再就是空间太阳能电站可以提供稳定大功率的电能，原则上并不需要空间和地面的储能装置，接收转化以后直接并网到电网就可以了，可以作为主供电系统来使用。当然，空间太阳能作为一种新型的技术，目前成熟度不高，目前是瞄着2050年实现业务化商业化的运行。再就是经济可行性，建设空间太阳能电站需要先把这个东西打上去，打上去以后再进行组装，组装以后还要在空间环境下进行运维，所以它的建设要比地面太阳能电站多出一部分，发射组装运维费用。所以只有在空间太阳能电站整个传输环节效率远远大于地面太阳站综合效率以后，空间太阳电站在理论上才具备对比地面太阳能电站的优势。

另外还有一个特殊的问题，由于是微波的传输，一定要考虑环境安全，包括对人的安全、对飞行器的安全，以及对生物的安全等等。它的组成部分包括了天机部分，包括了地面接收部分以及运管控，还有常规的发射场，运载火箭，比其他分系统多出的一部分，它需要一个空间建造和支持的系统，就是把太阳能电站这些东西给送到轨道上然后再组装起来，这是现在卫星所不具备的。

目前的发展，国际上对空间太阳能电站由技术性的研究逐步开始进行技术实验乃至开发的工作，我们说航天技术快速进步，使得空间太阳能电站原来是一个幻想或者是一个构想，现在逐步逐步变成一个可行可实施的方案。这几个前提条件，一个就是航天运输能力大幅度增加，特别是可重复使用运载火箭技术的出现，使得发射成本呈数量级下降。同时航天器的生产能力大规模生产能力现在也在提高，同时在技术上像高效率电池、微波器件、机器人技术快速发展，也为可行性实施提供了必要条件。

我们说电站正在国际社会迎来重要的发展机遇，现在航天大国纷纷把发展空间太阳能电站列入到相应的国家计划。未来5-10年，有可能形成空间太阳能电站关键技术突破以及在轨验证非常重要的时期。下面介绍一下几个主要航天国家在空间太阳能电站的情况，比如说像美国，美国空间太阳能电站的驱动主要是以美国的军方、企业还有一些高校主力。比如说美国空军实验室，他们今年准备把首发卫星打上去，另外像美国加州理工大学，在美国排前三的高校，在今年的一月份，首先发射了我们国家上首颗太阳能电站技术实验卫星，很小规模，但是把其中一些关键技术开展了一些概念性验证工作。另外像美国海军实验室，在地面开展了大量无线能量传输实验。美国宇航局在去年正式启动在国家政府层面对太阳能的评估工作。但是据我们了解，目前美国虽然技术上国际最先进，但是到目前为止还没有形成国家层面太阳能电站计划。

2015年日本很多机构包括官方开发研究，JAXA、J-Space system、京都大学、三菱重工等等相继开展了无线能量传输实验工作。它们计划日本第一次空间实验，就是在2025年利用国际空间站进行实验工作。欧洲这几年发展比较快，支持欧洲碳中和向有关空间能源方面进行转型。就在今年他们正式启动了SOLARIS。大家可以看到，这个路线图发展也是非常快，2030年就要实现十个兆瓦级在轨验证，商业化业务化的运营是到2040年，也是几个GW级在轨能力。英国跟欧洲差不多同步，虽然是欧洲国家，但是它不是欧盟，它自己单独提出一个这样的计划，是在2020年开展评估，2021年纳入国家太空战略，2022年正式启动相应的研究工作。按照目前英国人的设想，差不多也是在2040年实现一个GW级，这是目前国家层面最雄心勃勃的这样一个计划了。

我们国家最早是由“两弹一星”的元勋王希季院士提出空间太阳能资源利用设想，在2021年也是成立了学术性组织，在国家层次这种学术机构也为数不多，可能现在只有美国和日本有这样一个全国性的学术机构。今年，我们还准备在扬州十月份召集全国空间太阳能电站大会，届时欢迎在座各位参会指导。

王院士说无线传输技术一旦突破，有可能会带来上个世纪通讯从有线通讯变成无线通讯这样一个大的技术性飞跃，他对这个事一直非常关注。老先生今年是102岁了，他是跟共产党同年同月同日生人，仍然还在关心这个事，老人家现在身体还很健康。

我们国家也是在2014年提出了国际上比较关注的两个代表性的方案，一个就是多旋转关节太阳能电站方案，还有一个方案就是段院士团队提出的聚光式电站，这两个方案也是国际比较关注的两个技术方案。同时我们通过将近十年的研究，我们在关键技术上，虽然起步比较晚，但是加速非常大，我们现在无论是在微波无线能量传输还是微光无线能量传输，基本上达到跟国际同行同类水平，一公里的距离上可以传输千瓦量级的功率。实际上这样一个能力，比如说将来深空探测，我们去月球的南极，在基础建设方面，现在重庆大学利用地方政府的支持正在建设这样一个基地，包括无线传输，高压电力，也包括环境效益等方面的实验。同时西安电子科技大学在去年完成了非常重要的空间太阳能电站全流程闭合实验，整个效率达到了15%，据我们了解这个15%，从电能转向微波，可以想象天机系统可以实现这样一个效率，差不多相当于地面太阳能综合效率的两倍以上，具有明显优势。

专委会在2021年的3月份成立，现在在组织国内大专院校参与空间太阳能电站集中攻关，现在会员单位差不多有30多个共同参与。今天华北电力大学校长也来了，华北电力大学也是我们的副主任委员单位，也开展了广泛的学术交流。虽然现在空间领域国际合作交流环境也受点影响，但是目前在太阳能电站的交流还是非常活跃。

发展的设想，太阳能电站具有质量大、面积大、功率高、高效率、长寿命这样的特点，同时运输和组装也是制约未来空间太阳能电站发展的最大困难。大家可以看举的例子，目前在轨道上最大的航天器就是以美国人为主建设的国际空间站，质量是420吨，发电功率大概是100千瓦。而未来真正实现业务化运营空间太阳能电站，它的重量大概在一万吨左右。大家可以看到，差不多要提高两个数量级，发电功率要到一个GW，从一百千瓦到一个GW，差不多是四个数量级的水平，可以看到其中的挑战和难度有多大。

专委会经过专家的研究，我们也提出了分阶段发展空间太阳能设想。整个的思路，从低到高，从航空开始做起逐渐到低轨道逐渐到36000公里最终高轨道。从小到大，比如几百公斤的小卫星逐渐到几十吨到上百吨，一直到上万吨最终建设，由易到难，前后衔接，实现这样一个宏伟的工程。近期设想，主要是开展以低空平台无线能量传输为主的验证，比如说利用无人机或者利用平流层的飞艇来实现地到空、空到地双向的无线能量传输。我们现在已经非常成熟地把无线能量传输技术用于支持无人机永续飞行，无人机上去以后通过接收地面无线能量传输能源，它可以一直在天上飞，不用下来加油，这个技术几年前已经突破了。同时现在正在研究有关利用低轨道卫星，从轨道往地面传能的方案，这个方案已经做了三年，很可惜一直没有得到相应资金的支持。技术上已经很成熟了，我们曾经尝试过利用商业航天的资本，但是一直没有成功。构建兆瓦级太阳能电站实验型电站进行全系统在轨验证，当然这个时候地面配套的设施差不多建起来了。

对于兆瓦级电站是一个标志性的工程，国际社会基本上也是把兆瓦级当作中间非常重要的节点。因为到了兆瓦级，实际上可以对全系统进行一比一有价值的验证，就可以建立完整的电站地面接收系统，来突破有关在轨组装技术。大家可以看到兆瓦级也不小了，按照目前的方案大概是300吨，如果将来做的话，真正到功能实施，这个数据有可能有变化。300吨是什么概念?利用我们国家正在研制的长征九号最大型运载火箭发射的话，可能需要发射六级，完成这样的在轨组装，大家就可以看到这个规模得有多大。这样的能力也可以为太阳能电站建站提供相应的支持。

有几点思考：关于未来传统化石能源耗尽的时候，现有的可再生能源能否支持长期生存，答案应该是肯定的。但是确实也是面临着极大的挑战，其中一个挑战就是储能的问题，如何高效地、合情合理、价格可以实现。不能因为我们是干这个事的就说成是唯一的替代所有东西的灵丹妙药，它将来可以有一定的规模布置，但是它主要还是一个从属型、辅助型，主要在一些应急状态，包括在一些调控状态下使用的能源，主要是补充性的，不是主力军，是一个生力军。

时间节点，根据国际社会的进展，我们自己技术成熟度的判断，有可能兆瓦级的实验站最快在2030年实现，我们国家要稍微晚一些。商业化时间和基础是什么?商业化的前提，一个是取决于低成本的运载火箭，你得有足够低的运载火箭成本才能跟地面太阳能进行竞争。还有一个就是实现大型在轨组装技术突破，还有就是航天器批量化生产。另外一个没有写，无线能量传输技术能够在三万公里的距离上实现效率至少10%以上端到端总效率，这样的话才具备真正商业化能力。目前国际社会瞄着，乐观一点2040年，保守一点大概2050年这样一个时间段，所以它是一个面向未来面向碳中和阶段的任务。对于碳达峰，这个技术作不了什么贡献，碳达峰是最近几年的事。

对于商业化投资模式，我们设想前期的技术开发主要是以政府的投入为主，后期商业化建设主要是商业资本为主。实际上现在了解到有很多风投公司对于空间太阳能技术感兴趣，他们认为像无线能量传输技术，不一定做到很大的规模、很大的功率已经可以实现。地面上比如说面向无人机、飞艇、应急救灾，有可能很快形成一些商业化的前景，所以现在一些商业企业已经开始关注这个方面的发展。

最后是两点总结，空间太阳能电站作为可以提供规模巨大、持续稳定、清洁绿色电力的重大系统，有望成为未来清洁能源体系中重要组成部分之一，也是未来航天领域重要的发展方向。因为空间太阳能电站不光为能源做贡献，实际上可以为航天系统整个能力的提升带来巨大的贡献。太阳能电站的价值正在得到像美、欧、英、日等西方国家的关注和重视，很多国家已经把电站纳入国家计划，而且最近几年就要开展技术的研制验证。包括美国人已经干了一颗了，今年要干第二颗。我们跟国际的差距差不多是同一个起跑线这样一个位置，但是我们需要加快步伐，并尽快开展实质性在轨研究工作。因为现在大部分工作还都是在地面，我们还没有上天，我们希望我们空间太阳能电站技术尽早开展空间演示验证。

发展空间电站将带来前所未有、影响深远的改造客观世界的重大变革。在旧石器时代，人类就掌握了人工取火，人猿相揖别，文明得以快速演进。

给大家留了一个公众号，是我们专委会的公众号，有兴趣可以了解一下这个领域的进展。同时在这个公众号也推了国际上唯一空间太阳能电站英文期刊，我们现在依托专委会在办，大家有兴趣的话也可以对期刊进行投稿。谢谢各位!

本文系能源新闻网整理自李明在全球能源转型高层论坛中九大专题分论坛之2023“能源谷”建设发展论坛演讲实录，未经本人审阅。