日本謀求能源結(jié)構(gòu)戰(zhàn)略性調(diào)整
在這份“能源相關(guān)技術(shù)開(kāi)發(fā)路線圖”中，宇宙太陽(yáng)光發(fā)電系統(tǒng)格外引人關(guān)注。這是一種利用在宇宙空間中接收的太陽(yáng)光發(fā)電，然后以無(wú)線方式傳回地球的電力系統(tǒng)
2014年11月19日，日本經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)省召開(kāi)“能源相關(guān)技術(shù)開(kāi)發(fā)路線圖”草案審議會(huì)，涉及能源的生產(chǎn)、流通、消費(fèi)三大環(huán)節(jié)共36項(xiàng)技術(shù)課題，提出了2020年、2030年乃至2050年的開(kāi)發(fā)目標(biāo)。此前，日本方面曾公布包括19個(gè)項(xiàng)目的路線圖草案，我們注意到，氫能的相關(guān)技術(shù)被單獨(dú)列出，新增的宇宙太陽(yáng)光發(fā)電和核電等也十分引人注目。
能源自給唯有依靠技術(shù)革新
對(duì)資源匱乏的日本而言，能源領(lǐng)域居高不下的對(duì)外依存度長(zhǎng)期以來(lái)如鯁在喉，制約著日本的發(fā)展。2012年，日本石油和天然氣的對(duì)外依存度分別達(dá)到99.6%和97.4%。面對(duì)如此嚴(yán)峻的形勢(shì)，日本在能源問(wèn)題上一直保持著強(qiáng)烈的危機(jī)意識(shí)。在日本2003年、2007年、2010年、2014年的四次能源基本計(jì)劃以及2006年的新國(guó)家能源戰(zhàn)略中，提高能源自給率始終是日本能源戰(zhàn)略的重中之重。
1973年第一次石油危機(jī)的時(shí)候，日本的能源自給率為9.2％；到2010年，包括核能在內(nèi)的能源自給率達(dá)到19.9%。然而，2011年日本大地震及福島核泄漏事故之后，核電被迫大幅停產(chǎn)，對(duì)化石燃料的依存度隨之提高，能源自給率也隨之下降。2011年降至11.2％，2012年降至6.0％，在OECD34個(gè)成員國(guó)中居第33位，僅高于盧森堡（2.9％）。OECD各國(guó)的能源自給率平均為70%。電力對(duì)化石燃料的依存度從地震前的六成激增至九成。2011年，日本時(shí)隔31年之后首次出現(xiàn)貿(mào)易赤字，2012年擴(kuò)大至6.9萬(wàn)億日元，2013年則達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的11.5萬(wàn)億日元。這給日本的宏觀經(jīng)濟(jì)也帶來(lái)了巨大影響。
對(duì)日本而言，要想在根本上解決能源自給問(wèn)題，只有通過(guò)技術(shù)革新徹底改變其能源結(jié)構(gòu)。同時(shí)，以新型綠色能源替代傳統(tǒng)化石能源也與日本長(zhǎng)期貫徹的環(huán)保理念相契合。但眾所周知，可再生能源和新能源的開(kāi)發(fā)，尤其是相應(yīng)的技術(shù)進(jìn)步，需要相對(duì)較長(zhǎng)的投資與研發(fā)周期，具有很大的不確定性和方方面面的限制。同時(shí)，隨著全球能源價(jià)格的整體下降，新能源的開(kāi)發(fā)前景也蒙上了淡淡的陰影。在這樣的大背景下，日本仍然提出了目標(biāo)遠(yuǎn)大、方向明確的能源技術(shù)開(kāi)發(fā)路線圖，足見(jiàn)其戰(zhàn)略決心、技術(shù)實(shí)力以及對(duì)于長(zhǎng)期的運(yùn)籌帷幄。
開(kāi)發(fā)“能量之源”
在這份“能源相關(guān)技術(shù)開(kāi)發(fā)路線圖”中，宇宙太陽(yáng)光發(fā)電系統(tǒng)格外引人關(guān)注。這是一種利用在宇宙空間中接收的太陽(yáng)光發(fā)電，然后以無(wú)線方式傳回地球的電力系統(tǒng)。該技術(shù)能夠排除晝夜、氣候等影響，提供穩(wěn)定的電力供給，作為未來(lái)能源，在世界各國(guó)中已展開(kāi)研究。其核心技術(shù)是微波無(wú)線輸電技術(shù)。長(zhǎng)距離無(wú)線輸電所必需的精密方向控制技術(shù)、輸電效率的提高、送電部件的小型和輕型化等課題，都在該路線圖中被提及。以JAXA（日本宇宙航空研究開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)）為中心進(jìn)行地面實(shí)驗(yàn)的計(jì)劃已經(jīng)展開(kāi)。未來(lái)，在21世紀(jì)20年代衛(wèi)星實(shí)驗(yàn)（千瓦級(jí)至數(shù)百千瓦級(jí)）的基礎(chǔ)上，21世紀(jì)30年代將配備兆瓦級(jí)發(fā)電單元，2050年之前實(shí)現(xiàn)宇宙太陽(yáng)光發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)用化。
早在2009年11月，日本政府已推出該系統(tǒng)的相關(guān)計(jì)劃：在距離地球大約36000千米的軌道上建設(shè)總面積為4平方公里的太陽(yáng)能板，在沒(méi)有天氣狀況影響的環(huán)境中持續(xù)產(chǎn)生電能。該計(jì)劃的第一步是在2015年左右將太陽(yáng)能利用板發(fā)射到預(yù)定軌道上，2030年左右開(kāi)始試運(yùn)行。在地球上，太陽(yáng)能受制于太陽(yáng)能板的低效率及高成本，發(fā)電效率并不理想。而在地球空間軌道上的太陽(yáng)能板利用太陽(yáng)能的效率將提高至少四倍。據(jù)估計(jì)，該系統(tǒng)將產(chǎn)生10億瓦電力，足以向東京30萬(wàn)個(gè)家庭供電。
實(shí)際上，在宇宙太陽(yáng)光發(fā)電領(lǐng)域，日本已經(jīng)有了30年的技術(shù)探索經(jīng)驗(yàn)：1983年的MINIX（MicrowaveIonosphereNonlinearInteractionExperiment，微波電離層非線性相關(guān)實(shí)驗(yàn)）火箭實(shí)驗(yàn)、1992年的MILAX（MIcrowaveLiftedAirplaneexperiment，微波升力飛行器實(shí)驗(yàn)）實(shí)驗(yàn)、1995年的山崎微波送電實(shí)驗(yàn)，2006年的超小型衛(wèi)星實(shí)驗(yàn)、2008年的飛艇實(shí)驗(yàn)。到目前為止的實(shí)驗(yàn)中，微波頻率為2.45GHz左右。今后為了實(shí)現(xiàn)小型化，微波頻率將達(dá)到5.8GHz。
這份路線圖還特別提及了美國(guó)和中國(guó)在該領(lǐng)域的研究。美國(guó)于2011年開(kāi)始由美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）主導(dǎo)研究，此后私人企業(yè)加入，而美國(guó)海軍研究所（NRL）正在研發(fā)發(fā)送電一體化面板。我國(guó)以中國(guó)空間技術(shù)研究院為中心進(jìn)行該領(lǐng)域的研究，在國(guó)際研討會(huì)等場(chǎng)合已經(jīng)發(fā)表了部分相關(guān)研究成果。
能源自給唯有依靠技術(shù)革新
對(duì)資源匱乏的日本而言，能源領(lǐng)域居高不下的對(duì)外依存度長(zhǎng)期以來(lái)如鯁在喉，制約著日本的發(fā)展。2012年，日本石油和天然氣的對(duì)外依存度分別達(dá)到99.6%和97.4%。面對(duì)如此嚴(yán)峻的形勢(shì)，日本在能源問(wèn)題上一直保持著強(qiáng)烈的危機(jī)意識(shí)。在日本2003年、2007年、2010年、2014年的四次能源基本計(jì)劃以及2006年的新國(guó)家能源戰(zhàn)略中，提高能源自給率始終是日本能源戰(zhàn)略的重中之重。
1973年第一次石油危機(jī)的時(shí)候，日本的能源自給率為9.2％；到2010年，包括核能在內(nèi)的能源自給率達(dá)到19.9%。然而，2011年日本大地震及福島核泄漏事故之后，核電被迫大幅停產(chǎn)，對(duì)化石燃料的依存度隨之提高，能源自給率也隨之下降。2011年降至11.2％，2012年降至6.0％，在OECD34個(gè)成員國(guó)中居第33位，僅高于盧森堡（2.9％）。OECD各國(guó)的能源自給率平均為70%。電力對(duì)化石燃料的依存度從地震前的六成激增至九成。2011年，日本時(shí)隔31年之后首次出現(xiàn)貿(mào)易赤字，2012年擴(kuò)大至6.9萬(wàn)億日元，2013年則達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的11.5萬(wàn)億日元。這給日本的宏觀經(jīng)濟(jì)也帶來(lái)了巨大影響。
對(duì)日本而言，要想在根本上解決能源自給問(wèn)題，只有通過(guò)技術(shù)革新徹底改變其能源結(jié)構(gòu)。同時(shí)，以新型綠色能源替代傳統(tǒng)化石能源也與日本長(zhǎng)期貫徹的環(huán)保理念相契合。但眾所周知，可再生能源和新能源的開(kāi)發(fā)，尤其是相應(yīng)的技術(shù)進(jìn)步，需要相對(duì)較長(zhǎng)的投資與研發(fā)周期，具有很大的不確定性和方方面面的限制。同時(shí)，隨著全球能源價(jià)格的整體下降，新能源的開(kāi)發(fā)前景也蒙上了淡淡的陰影。在這樣的大背景下，日本仍然提出了目標(biāo)遠(yuǎn)大、方向明確的能源技術(shù)開(kāi)發(fā)路線圖，足見(jiàn)其戰(zhàn)略決心、技術(shù)實(shí)力以及對(duì)于長(zhǎng)期的運(yùn)籌帷幄。
開(kāi)發(fā)“能量之源”
在這份“能源相關(guān)技術(shù)開(kāi)發(fā)路線圖”中，宇宙太陽(yáng)光發(fā)電系統(tǒng)格外引人關(guān)注。這是一種利用在宇宙空間中接收的太陽(yáng)光發(fā)電，然后以無(wú)線方式傳回地球的電力系統(tǒng)。該技術(shù)能夠排除晝夜、氣候等影響，提供穩(wěn)定的電力供給，作為未來(lái)能源，在世界各國(guó)中已展開(kāi)研究。其核心技術(shù)是微波無(wú)線輸電技術(shù)。長(zhǎng)距離無(wú)線輸電所必需的精密方向控制技術(shù)、輸電效率的提高、送電部件的小型和輕型化等課題，都在該路線圖中被提及。以JAXA（日本宇宙航空研究開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)）為中心進(jìn)行地面實(shí)驗(yàn)的計(jì)劃已經(jīng)展開(kāi)。未來(lái)，在21世紀(jì)20年代衛(wèi)星實(shí)驗(yàn)（千瓦級(jí)至數(shù)百千瓦級(jí)）的基礎(chǔ)上，21世紀(jì)30年代將配備兆瓦級(jí)發(fā)電單元，2050年之前實(shí)現(xiàn)宇宙太陽(yáng)光發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)用化。
早在2009年11月，日本政府已推出該系統(tǒng)的相關(guān)計(jì)劃：在距離地球大約36000千米的軌道上建設(shè)總面積為4平方公里的太陽(yáng)能板，在沒(méi)有天氣狀況影響的環(huán)境中持續(xù)產(chǎn)生電能。該計(jì)劃的第一步是在2015年左右將太陽(yáng)能利用板發(fā)射到預(yù)定軌道上，2030年左右開(kāi)始試運(yùn)行。在地球上，太陽(yáng)能受制于太陽(yáng)能板的低效率及高成本，發(fā)電效率并不理想。而在地球空間軌道上的太陽(yáng)能板利用太陽(yáng)能的效率將提高至少四倍。據(jù)估計(jì)，該系統(tǒng)將產(chǎn)生10億瓦電力，足以向東京30萬(wàn)個(gè)家庭供電。
實(shí)際上，在宇宙太陽(yáng)光發(fā)電領(lǐng)域，日本已經(jīng)有了30年的技術(shù)探索經(jīng)驗(yàn)：1983年的MINIX（MicrowaveIonosphereNonlinearInteractionExperiment，微波電離層非線性相關(guān)實(shí)驗(yàn)）火箭實(shí)驗(yàn)、1992年的MILAX（MIcrowaveLiftedAirplaneexperiment，微波升力飛行器實(shí)驗(yàn)）實(shí)驗(yàn)、1995年的山崎微波送電實(shí)驗(yàn)，2006年的超小型衛(wèi)星實(shí)驗(yàn)、2008年的飛艇實(shí)驗(yàn)。到目前為止的實(shí)驗(yàn)中，微波頻率為2.45GHz左右。今后為了實(shí)現(xiàn)小型化，微波頻率將達(dá)到5.8GHz。
這份路線圖還特別提及了美國(guó)和中國(guó)在該領(lǐng)域的研究。美國(guó)于2011年開(kāi)始由美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）主導(dǎo)研究，此后私人企業(yè)加入，而美國(guó)海軍研究所（NRL）正在研發(fā)發(fā)送電一體化面板。我國(guó)以中國(guó)空間技術(shù)研究院為中心進(jìn)行該領(lǐng)域的研究，在國(guó)際研討會(huì)等場(chǎng)合已經(jīng)發(fā)表了部分相關(guān)研究成果。
作者：梁健 來(lái)源：第一財(cái)經(jīng)日?qǐng)?bào) 責(zé)任編輯：wutongyufg
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