太阳能发电卫星白皮书 URSI SPS国际委员会工作组报告PDF电子书下载

第1章 太阳能发电卫星研发背景 1

1.1 未来100年的人类生活 1

1.2 未来50年的能源需求 1

1.2.1 化石燃料的需求和产量预测 1

1.2.2 化石燃料所排放的CO2 5

1.3京都议定书（Kyoto Protocol）与全球变暖 9

1.4 可持续能源 10

1.4.1 地面太阳能 10

1.4.2 水能 11

1.4.3 风能 11

1.4.4 生物质能 12

1.4.5 地热能 12

1.4.6 氢能 12

1.4.7 海洋热能 12

1.4.8 潮汐能 12

1.4.9 波能 13

1.5 作为可持续能源的太阳能发电卫星 13

1.6 核能 13

参考文献 14

第2章 太阳能发电卫星发展现状 16

2.1 SPS的特征 16

2.1.1 基本概念 16

2.1.2 不排放CO2的清洁能源 18

2.1.3 与地面光伏电站的比较 19

2.1.4 经济性 21

2.2 SPS系统 22

2.2.1 空间段 22

2.2.2 地面段 23

2.3 SPS关键技术 24

2.3.1 发射和运输 24

2.3.2 太阳能发电系统 28

2.3.3 热控技术 32

2.3.4 微波能量传输 35

2.3.5 目标检测和波束控制 43

2.3.6 整流天线和地面网络 46

2.4 SPS研究：技术发展现状 50

2.4.1 美国的研究 51

2.4.2 日本的研究 56

2.4.3 欧洲的研究 65

2.4.4 全球的活动 71

参考文献 72

第3章 太阳能发电卫星无线电技术 82

3.1 微波能量传输技术 83

3.1.1 利用电磁波传输能量 83

3.1.2 Friis传输方程的应用 85

3.1.3 微波能量传输的特征 85

3.2 微波器件 86

3.2.1 微波半导体 87

3.2.2 微波真空管 87

3.2.3 移相器和功率分配器 89

3.2.4 微波器件、电路和系统 89

3.3 波束控制 92

3.3.1 传输效率 92

3.3.2 单元之间的相位同步 92

3.3.3 反向导引 93

3.3.4 软件反向导引系统 94

3.3.5 天线阵列的振幅和相位误差的影响 94

3.3.6 目前的天线技术和未来发展预测 95

3.4 整流天线 95

3.5 测量和校准 96

3.5.1 地面和空间的巨型天线阵列测量 97

3.5.2 整流天线测量 97

3.5.3 天线增益和相位误差的自校准 97

3.5.4 SPS天线测试项目 97

3.6 衍生技术 101

参考文献 104

第4章 太阳能发电卫星的影响和效应 108

4.1 与空间和大气之间的相互作用 108

4.1.1 大气的影响 108

4.1.2 电离层的影响 110

4.1.3 电推进对磁层的影响 112

4.2 与其他无线电业务和应用的兼容性 113

4.2.1 与射电天文等其他业务的兼容性 114

4.2.2 太阳能电池的反射和热发射 116

4.3 MPT对人类健康和生物的效应 117

4.4 风险预防准则 120

4.5 SPS的优点和缺点总结 120

4.5.1 SPS的优势 120

4.5.2 SPS的缺点 121

4.5.3 SPS的其他问题 122

4.5.4 SPS的优缺点问答 123

参考文献 126

第5章 国际无线电科学联合会与太阳能发电卫星 130

5.1 技术 130

5.2 环境 131

第6章 深入阅读 133

附录A 世界微波能量传输活动 136

A.1 早期的历史 136

A.2 美国的活动 140

A.3 加拿大的活动 140

A.4 日本的活动 141

A.5 欧洲的活动 143

参考文献 144

附录B 各种太阳能发电卫星模型 147

B.1 Glaser的SPS概念方案 147

B.2 SPS 2000 148

B.3 太阳盘（Solar Disc） 149

B.4 算盘反射器构型 151

B.5 NEDO模型 151

B.6 JAXA模型 152

B.7 发展路线图 153

参考文献 154

附录C 美国的研究工作 155

前言 155

C.1 概述 156

C.1.1 什么是空间太阳能电站 156

C.1.2 为什么空间太阳能电站是一种重要的解决方式 157

C.1.3 最新SSP研究工作的主要结论 158

C.2 美国SPS和SSP活动简史（1960～1970年） 159

C.2.1 20世纪70年代进行的太阳能发电卫星的研究 160

C.2.2 中断期（20世纪80年代～20世纪90年代初） 162

C.3 NASA“Fresh Look”研究（1995～1997年） 162

C.3.1 太阳塔方案 163

C.3.2 太阳盘方案 165

C.3.3 结论 166

C.4 SSP概念定义研究（1998年） 166

C.5 SERT计划（1999～2000年） 167

C.5.1 Abacus方案 169

C.5.2 ISC方案 170

C.5.3 SERT计划的结束 170

C.6 NRC评审（2000～2001年） 171

C.7 NASA 国际科学基金会（NSF）—电力研究协会（EPRI）联合研究（2001～2003年） 171

C.8 NASA近期的SSP及相关技术研发（2004～2005年） 172

C.9 总结和结论 173

C.9.1 一般性的发现 174

C.9.2 环境问题 177

C.9.3 广泛应用 178

C.9.4 未来发展方向 185

参考文献 189

附录D 日本的研究工作 193

D.1 JAXA模型 193

D.1.1 2001模型 193

D.1.2 2002模型 194

D.1.3 2003模型（编队飞行SPS） 196

D.2 发射和运输 197

D.2.1 发射 197

D.2.2 运输 198

D.3 太阳能发电 201

D.3.1 太阳能聚光器 201

D.3.2 发电技术 205

D.4 热控技术 209

D.4.1 微波SPS的热控 209

D.4.2 热工况 210

D.4.3 能量转化模块的温度 213

D.4.4 减少太阳能电池上的热负荷 215

D.5 SPS的微波能量传输 218

D.5.1 与SPS相关的主要参数 218

D.5.2 微波发生器 220

D.5.3 微波天线 224

D.5.4 波束控制 225

D.6 整流天线与地面段 229

D.6.1 微波接收器（整流天线） 229

D.6.2 天线组件 230

D.6.3 整流电路 232

D.6.4 微波接收概述 233

D.6.5 整流天线研究的近期发展趋势 235

D.6.6 整流天线商业化相关问题 237

D.6.7 地面电网 238

D.7 SPS的经济性 239

D.7.1 SPS成本模型 239

D.8 环境与安全问题 245

D.8.1 运输过程 247

D.8.2 部署和维护过程 247

D.8.3 微波辐射传输的影响 247

D.9 基于激光的SPS研究 249

D.9.1 激光能量传输 249

D.9.2 直接太阳能泵浦激光振荡 250

D.9.3 太阳能泵浦激光系统设计 252

D.9.4 L—SPS参考模型 252

参考文献 254

附录E 欧洲的研究工作（ESA报告） 257

摘要 257

E.1 引言 258

E.2 动机和框架 258

E.2.1 全球范围 258

E.2.2 欧洲范围 261

E.3 目标 261

E.3.1 边界条件 262

E.3.2 综合：空间系统和地面工厂 263

E.4 欧洲的方法 263

E.4.1 欧洲空间太阳能发电研究网络 263

E.4.2 与地面太阳能发电专家的结合 263

E.4.3 电力消耗曲线 263

E.4.4 供应方案 263

E.4.5 发射成本 264

E.5 参考系统——地面 265

E.5.1 光伏发电技术 265

E.5.2 太阳能热发电技术 266

E.5.3 储能系统 267

E.5.4 传输系统 267

E.6 参考系统——空间 268

E.7 对比结果 269

E.7.1 基础负载电力供给 269

E.7.2 非基础负载的能源供给 272

E.7.3 能量回收时间——主要的有效性因素 273

E.8 结论 275

参考文献 276

附录F URSI十个科学委员会及其关注领域 279

F.1 委员会A：电磁方法、电磁测量与标准 279

F.2 委员会B：场和波，电磁理论和应用 279

F.3 委员会C：无线电通信系统与信号处理 280

F.4 委员会D：电子学与光子学 280

F.5 委员会E：电磁噪声与干扰 280

F.6 委员会F：波的传输和遥感（行星大气、表面和浅表层） 281

F.7 委员会G：电离层无线电和传播（包括电离层通信和电离介质的遥感） 281

F.8 委员会H：在等离子体中的波（包括空间和实验室等离子体） 282

F.9 委员会J：射电天文（包括天体的遥感） 282

F.10 委员会K：生物学和医学中的电磁问题 282

英文缩写词 283