段宝岩团队太阳能电站方案有望成为未来建造方案

(作者:admin   时间:2017-11-02 13:12   点击: 次)


 西电新闻网讯(通讯员 张逸群)近日,在第二届空间太阳能电站发展技术研讨会上,西安电子科技大学段宝岩院士团队提出的名为SSPS-OMEGA方案有望成为中国未来建造空间太阳能电站的备选方案。与国际上最新的美国NASA于2012年提出的SSPS-ALPHA方案相比,这一创新方案不仅可使太阳能收集系统功率质量比提升约三分之一,而且可有效缓解三明治结构带来的严酷的散热问题,引起与会专家学者的广泛关注与浓厚兴趣,多位专家表达了联合进行相关技术攻关的愿望。

本次会议由中国航天科技集团公司五院科技委主办,五院钱学森空间技术实验室承办,西安电子科技大学和上海航天八院八O五所协办。两弹一星功勋科学家王希季院士,两弹一星功勋科学家暨国家最高科技奖获得者孙家栋院士,张履谦、杨士中、段宝岩、龙乐豪、范本尧、葛昌纯、刘吉臻等十余位两院院士及知名专家出席了会议。来自航天科技集团、航天科工集团、中电科技集团、中科院、数十所高校与科研机构的200余位专家学者参加了会议。

第二届空间太阳能电站发展技术研讨会,北京,2017年10月

以国家为强大支撑的开拓创新

面对日渐紧迫的能源危机,以及使用化石能源导致的温室效应、环境污染等问题,世界各国都在积极寻找方便、清洁的新能源。综合考虑安全因素及使用条件,太阳能将是解决能源问题的根本出路之一,而发展空间太阳能电站则是高效利用太阳能的有效途径之一。空间太阳能电站是指将地球静止同步轨道上的太阳能,通过新的工程技术手段进行有效采集,并以微波方式传输到地面转换成电能供使用的系统。

从产能效率来说,在地球静止轨道上,每平方米可接收太阳能约为1400瓦,且除春分和秋分以外,太阳辐射强度基本不受时间和空间限制;而在地面上,由于大气的吸收和散射,以及季节、昼夜等变化,到达地面的太阳辐射量每平方米约为140瓦。因此,一旦能够攻克空间太阳能发电技术,就有望逐步解决人类社会面临的能源危机,获得“取之不尽,用之不竭”的清洁可持续能源。

在段宝岩院士的带领下,西安电子科技大学机电科技研究所(以下简称机电所)暨电子装备结构设计教育部重点实验室,长期以来对空间太阳能电站设计方案和相关理论技术进行了深入而系统的研究。在针对国内外提出的多个空间太阳能电站方案系统分析与论证的基础上,于2014年9月提出了一种高效、稳定、易控的空间太阳能电站创新设计方案--- OMEGA (Orb-shape Membrane Energy Gathering Array)。国家对此高度关注,专门组织专家予以论证,并列入国家国防科工局“十三五”重点研发计划的支持项目中。学校也予以高度重视,科学研究院于2014年5月成立了空间太阳能电站项目群,积极鼓励和引导科研人员开展研究;在2016年将该项研究列为学校“三个一流建设”重点项目,支撑搭建我国首个全系统、全能量转换链路的空间太阳能电站演示验证系统。

SSPS-OMEGA方案暂居领先地位

2014年9月SSPS-OMEGA方案提出以来,段宝岩院士团队针对方案涉及到的多个科学问题和关键技术展开了攻关,已取得可喜进展。

针对美国最新的任意相控阵空间太阳能电站设计方案(SSPS-ALPHA方案),段宝岩院士团队系统分析了其聚光系统结构的优势与存在的不足,提出了“球面--线馈源”太阳能收集系统,避免了聚光器系统大惯量、大范围旋转运动,通过线馈源一个自由度的运动代替了ALPHA方案数千组镜面的协同调整,极大地降低了系统调整难度。

此外,OMEGA方案采用球形聚光器设计,同时进行了光伏电池阵的等光强设计,太阳能收集过程能量波动小,可实现连续、稳定地对目标区域进行输能,相比于ALPHA方案,在二者发电功率相同的条件下,OMEGA方案可实现减重约三分之一。

另外,OMEGA方案实现了光伏电池阵列与发射天线系统的分离,较ALPHA方案采用的“三明治结构”散热问题有明显缓解;同时,OMEGA方案电力传输线路较短,相比太阳帆塔方案,避免了庞大的中央电缆系统,可提高电力传输效率,并大大降低系统质量;再者,创新性的使用无线耦合传输的方式,避免了传统接触式电力传输面临的接触表面粗糙度易引起瞬时电流过大、寿命短、可靠性低等问题。

此次大会,作为三个大会特邀报告之一,段宝岩院士作了题为“空间太阳能电站研究新进展”的演讲,深入阐述了三年来研究的新进展。段院士还应邀于今年四月在美国圣路易斯召开的“国际空间技术开发与应用大会”作了特邀报告,这两个报告引起了国内外同行专家的广泛关注与高度评价。

国际空间技术开发与应用大会,圣路易斯,2017年4月

积极参与空间太阳能电站关键技术研究

长期以来,西安电子科技大学段宝岩院士团队致力于空间太阳能电站相关理论方法与实验研究。本次研讨会上,张逸群副教授、郑峰副教授、李仙丽博士和张树新博士分别就“聚光型空间太阳能电站太阳光收集与转换系统设计问题”、“空间太阳能电站电路传输架构”、“空间太阳能电站中微波无线传能地面演示系统的缩比设计”及“基于自聚焦柔性光纤束的高度模块化空间太阳能电站聚光方案”等做了报告并与有关学者进行了深入研讨,西电在本领域的研究工作受到了与会人员的广泛好评。葛昌纯院士对张逸群副教授的报告表现出浓厚兴趣,并针对OMEGA方案中对新型材料的需求进行了多次沟通,表达了联合攻关的意愿。

第二届空间太阳能电站发展技术研讨会西电段宝岩院士团队合影


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