太陽(yáng)能發(fā)電衛(wèi)星白皮書(shū)

內(nèi)容概要

《太陽(yáng)能發(fā)電衛(wèi)星白皮書(shū)》內(nèi)容簡(jiǎn)介：空間太陽(yáng)能發(fā)電是一項(xiàng)非常宏大的航天工程，是國(guó)際航天領(lǐng)域發(fā)展的一個(gè)重要方向。由于其系統(tǒng)復(fù)雜、工程巨大，距離真正的工程實(shí)施還有很大的差距，需要眾多的技術(shù)積累和突破，特別是無(wú)線能量傳輸技術(shù)。譯者選擇國(guó)際無(wú)線電科學(xué)聯(lián)合會(huì)2007年發(fā)表的“Report of the URSI Inter-Commission Working Group on SPS”報(bào)告進(jìn)行翻譯，全面展示了國(guó)際上在此領(lǐng)域的發(fā)展歷史和最新進(jìn)展，特別針對(duì)空間太陽(yáng)能發(fā)電核心技術(shù)之一的無(wú)線能量傳輸技術(shù)的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了詳細(xì)的闡述。
《太陽(yáng)能發(fā)電衛(wèi)星白皮書(shū)》是我國(guó)第一部關(guān)于空間太陽(yáng)能發(fā)電的中文圖書(shū)，主要讀者對(duì)象為理工科本科生、研究生和相關(guān)領(lǐng)域的工程技術(shù)人員。

書(shū)籍目錄

第1章 太陽(yáng)能發(fā)電衛(wèi)星研發(fā)背景 1.1未來(lái)100年的人類生活 1.2未來(lái)50年的能源需求 1.2.1化石燃料的需求和產(chǎn)量預(yù)測(cè) 1.2.2化石燃料所排放的CO2 1.3京都議定書(shū)（KyotoProtocol）與全球變暖 1.4可持續(xù)能源 1.4.1地面太陽(yáng)能 1.4.2水能 1.4.3風(fēng)能 1.4.4生物質(zhì)能 1.4.5地?zé)崮?1.4.6氫能 1.4.7海洋熱能 1.4.8潮汐能 1.4.9波能 1.5作為可持續(xù)能源的太陽(yáng)能發(fā)電衛(wèi)星 1.6核能 參考文獻(xiàn) 第2章 太陽(yáng)能發(fā)電衛(wèi)星發(fā)展現(xiàn)狀 2.1SPS的特征 2.1.1基本概念 2.1.2不排放CO2的清潔能源 2.1.3與地面光伏電站的比較 2.1.4經(jīng)濟(jì)性 2.2SPS系統(tǒng) 2.2.1空間段 2.2.2地面段 2.3SPS關(guān)鍵技術(shù) 2.3.1發(fā)射和運(yùn)輸 2.3.2太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng) 2.3.3熱控技術(shù) 2.3.4微波能量傳輸 2.3.5目標(biāo)檢測(cè)和波束控制 2.3.6整流天線和地面網(wǎng)絡(luò) 2.4SPS研究：技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀 2.4.1美國(guó)的研究 2.4.2日本的研究 2.4.3歐洲的研究 2.4.4全球的活動(dòng) 參考文獻(xiàn) 第3章 太陽(yáng)能發(fā)電衛(wèi)星無(wú)線電技術(shù) 3.1微波能量傳輸技術(shù) 3.1.1利用電磁波傳輸能量 3.1.2Friis傳輸方程的應(yīng)用 3.1.3微波能量傳輸?shù)奶卣?3.2微波器件 3.2.1微波半導(dǎo)體 3.2.2微波真空管 3.2.3移相器和功率分配器 3.2.4微波器件、電路和系統(tǒng) 3.3波束控制 3.3.1傳輸效率 3.3.2單元之間的相位同步 3.3.3反向?qū)б?3.3.4軟件反向?qū)б到y(tǒng) 3.3.5天線陣列的振幅和相位誤差的影響 3.3.6目前的天線技術(shù)和未來(lái)發(fā)展預(yù)測(cè) 3.4整流天線 3.5測(cè)量和校準(zhǔn) 3.5.1地面和空間的巨型天線陣列測(cè)量 3.5.2整流天線測(cè)量 3.5.3天線增益和相位誤差的自校準(zhǔn) 3.5.4SPS天線測(cè)試項(xiàng)目 3.6衍生技術(shù) 參考文獻(xiàn) 第4章太陽(yáng)能發(fā)電衛(wèi)星的影響和效應(yīng) 4.1與空間和大氣之間的相互作用 4.1.1大氣的影響 4.1.2電離層的影響 4.1.3電推進(jìn)對(duì)磁層的影響 4.2與其他無(wú)線電業(yè)務(wù)和應(yīng)用的兼容性 4.2.1與射電天文等其他業(yè)務(wù)的兼容性 4.2.2太陽(yáng)能電池的反射和熱發(fā)射 4.3MPT對(duì)人類健康和生物的效應(yīng) 4.4風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防準(zhǔn)則 4.5SPS的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)總結(jié) 4.5.1SPS的優(yōu)勢(shì) 4.5.2SPS的缺點(diǎn) 4.5.3SPS的其他問(wèn)題 4.5.4SPS的優(yōu)缺點(diǎn)問(wèn)答 參考文獻(xiàn) 第5章國(guó)際無(wú)線電科學(xué)聯(lián)合會(huì)與太陽(yáng)能發(fā)電衛(wèi)星 5.1技術(shù) 5.2環(huán)境 第6章 深入閱讀 附錄A世界微波能量傳輸活動(dòng) A.1早期的歷史 A.2美國(guó)的活動(dòng) A.3加拿大的活動(dòng) A.4日本的活動(dòng) A.5歐洲的活動(dòng) 參考文獻(xiàn) 附錄B各種太陽(yáng)能發(fā)電衛(wèi)星模型 B.1Glaser的SPS概念方案 B.2SPS2000 B.3太陽(yáng)盤(pán)（SolarDisc） B.4算盤(pán)反射器構(gòu)型 B.5NEDO模型 B.6JAXA模型 B.7發(fā)展路線圖 參考文獻(xiàn) 附錄C美國(guó)的研究工作 前言 C.1概述 C.1.1什么是空間太陽(yáng)能電站 C.1.2為什么空間太陽(yáng)能電站是一種重要的解決方式 C.1.3最新SSP研究工作的主要結(jié)論 C.2美國(guó)SPS和SSP活動(dòng)簡(jiǎn)史（1960～～1970年） C.2.120世紀(jì)70年代進(jìn)行的太陽(yáng)能發(fā)電衛(wèi)星的研究 C.2.2中斷期（20世紀(jì)80年代～～20世紀(jì)90年代初） C.3NASA“FreshLook”研究（1995～～1997年） C.3.1太陽(yáng)塔方案 C.3.2太陽(yáng)盤(pán)方案 C.3.3結(jié)論 C.4SSP概念定義研究（1998年） C.5SERT計(jì)劃（1999～～2000年） C.5.1Abacus方案 C.5.2ISC方案 C.5.3SERT計(jì)劃的結(jié)束 C.6NRC評(píng)審（2000～～2001年） C.7NASA－國(guó)際科學(xué)基金會(huì)（NSF）－電力研究協(xié)會(huì)（EPRI）聯(lián)合研究（2001～～2003年） C.8NASA近期的SSP及相關(guān)技術(shù)研發(fā)（2004～～2005年） C.9總結(jié)和結(jié)論 C.9.1一般性的發(fā)現(xiàn) C.9.2環(huán)境問(wèn)題 C.9.3廣泛應(yīng)用 C.9.4未來(lái)發(fā)展方向 參考文獻(xiàn) 附錄D日本的研究工作 D.1JAXA模型 D.1.12001模型 D.1.22002模型 D.1.32003模型（編隊(duì)飛行SPS） D.2發(fā)射和運(yùn)輸 D.2.1發(fā)射 D.2.2運(yùn)輸 D.3太陽(yáng)能發(fā)電 D.3.1太陽(yáng)能聚光器 D.3.2發(fā)電技術(shù) D.4熱控技術(shù) D.4.1微波SPS的熱控 D.4.2熱工況 D.4.3能量轉(zhuǎn)化模塊的溫度 D.4.4減少太陽(yáng)能電池上的熱負(fù)荷 D.5SPS的微波能量傳輸 D.5.1與SPS相關(guān)的主要參數(shù) D.5.2微波發(fā)生器 D.5.3微波天線 D.5.4波束控制 D.6整流天線與地面段 D.6.1微波接收器（整流天線） D.6.2天線組件 D.6.3整流電路 D.6.4微波接收概述 D.6.5整流天線研究的近期發(fā)展趨勢(shì) D.6.6整流天線商業(yè)化相關(guān)問(wèn)題 D.6.7地面電網(wǎng) D.7SPS的經(jīng)濟(jì)性 D.7.1SPS成本模型 D.8環(huán)境與安全問(wèn)題 D.8.1運(yùn)輸過(guò)程 D.8.2部署和維護(hù)過(guò)程 D.8.3微波輻射傳輸?shù)挠绊?D.9基于激光的SPS研究 D.9.1激光能量傳輸 D.9.2直接太陽(yáng)能泵浦激光振蕩 D.9.3太陽(yáng)能泵浦激光系統(tǒng)設(shè)計(jì) D.9.4L－SPS參考模型 參考文獻(xiàn) 附錄E歐洲的研究工作（ESA報(bào)告） 摘要 E.1引言 E.2動(dòng)機(jī)和框架 E.2.1全球范圍 E.2.2歐洲范圍 E.3目標(biāo) E.3.1邊界條件 E.3.2綜合：空間系統(tǒng)和地面工廠 E.4歐洲的方法 E.4.1歐洲空間太陽(yáng)能發(fā)電研究網(wǎng)絡(luò) E.4.2與地面太陽(yáng)能發(fā)電專家的結(jié)合 E.4.3電力消耗曲線 E.4.4供應(yīng)方案 E.4.5發(fā)射成本 E.5參考系統(tǒng)——地面 E.5.1光伏發(fā)電技術(shù) E.5.2太陽(yáng)能熱發(fā)電技術(shù) E.5.3儲(chǔ)能系統(tǒng) E.5.4傳輸系統(tǒng) E.6參考系統(tǒng)——空間 E.7對(duì)比結(jié)果 E.7.1基礎(chǔ)負(fù)載電力供給 E.7.2非基礎(chǔ)負(fù)載的能源供給 E.7.3能量回收時(shí)間——主要的有效性因素 E.8結(jié)論 參考文獻(xiàn) 附錄FURSI十個(gè)科學(xué)委員會(huì)及其關(guān)注領(lǐng)域 F.1委員會(huì)A：電磁方法、電磁測(cè)量與標(biāo)準(zhǔn) F.2委員會(huì)B：場(chǎng)和波，電磁理論和應(yīng)用 F.3委員會(huì)C：無(wú)線電通信系統(tǒng)與信號(hào)處理 F.4委員會(huì)D：電子學(xué)與光子學(xué) F.5委員會(huì)E：電磁噪聲與干擾 F.6委員會(huì)F：波的傳輸和遙感（行星大氣、表面和淺表層） F.7委員會(huì)G：電離層無(wú)線電和傳播（包括電離層通信和電離介質(zhì)的遙感） F.8委員會(huì)H：在等離子體中的波（包括空間和實(shí)驗(yàn)室等離子體） F.9委員會(huì)J：射電天文（包括天體的遙感） F.10委員會(huì)K：生物學(xué)和醫(yī)學(xué)中的電磁問(wèn)題 英文縮寫(xiě)詞

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁(yè)：   插圖：   DOE—NASA參考系統(tǒng)包括在地球靜止軌道（5.kmx10 km×0.5 km）部署一個(gè)太陽(yáng)能發(fā)電衛(wèi)星星座，軌道上的每一顆衛(wèi)星采用2.45 GHz微波，能夠給地面主要城市提供5 GW的電力。參考系統(tǒng)的60顆衛(wèi)星具有總量300 GW的發(fā)電能力。發(fā)射天線直徑大約1 km，地面接收能量的整流天線尺寸是10 km×13km。 日本經(jīng)濟(jì)、貿(mào)易與工業(yè)部（METI）已經(jīng)發(fā)表聲明啟動(dòng)SPS研究，并計(jì)劃在2040年前發(fā)射太陽(yáng)能發(fā)電衛(wèi)星和開(kāi)始運(yùn)行大型太陽(yáng)能發(fā)電站。該計(jì)劃希望設(shè)計(jì)和運(yùn)行一個(gè)能確保微波不會(huì)干擾移動(dòng)電話和其他無(wú)線電信業(yè)務(wù)的SPS—WPT系統(tǒng)。JAXA已經(jīng)提出并評(píng)估了5.8 GHz的不同系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，見(jiàn)表2—3。例如，JAXA2模型的地面最大功率密度為100 mW／cm2（1000 W／m2），小一些的發(fā)射系統(tǒng)在地面整流天線的功率密度為26 mW／cm2（260 W／m2）。 雖然處于較低的優(yōu)先級(jí)，也要不斷地考慮多種環(huán)境和安全因素問(wèn)題。微波輻射對(duì)生物和人體健康的影響是多年來(lái)一直研究的課題。事實(shí)上，累積的數(shù)據(jù)已經(jīng)可以為人類建立在各種暴露條件下的安全等級(jí)提供建議。舉例來(lái)說(shuō)，在2.45 GHz或5.8 GHz的頻段，國(guó)際非電離輻射防護(hù)委員會(huì)（ICNIRP）以及日本對(duì)于公眾以及職業(yè)暴露的指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)分別是5 mW／cm2或1 mW／cm2。雖然IEEE規(guī)定在2.45 GHz或5.8 GHz頻率，在對(duì)于可控或不可控暴露環(huán)境下允許的人體最大微波暴露限值的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)分別為：超過(guò)6 min，平均功率密度為8.16 mW／cm2或10 mW／cm2；超過(guò)30分鐘，平均功率密度為1.63 mW／cm2或3.87mW／cm2。IEEE最近已修改了這一標(biāo)準(zhǔn)，與ICNIRP的標(biāo)準(zhǔn)接近。可控或不可控環(huán)境是根據(jù)暴露的發(fā)生是否為暴露者個(gè)人所知或不知的情況來(lái)區(qū)別，與一般公眾相比，通常解釋為因職業(yè)需要暴露在微波輻射中的個(gè)人。

編輯推薦

《太陽(yáng)能發(fā)電衛(wèi)星白皮書(shū):URSI SPS國(guó)際委員會(huì)工作組報(bào)告》編輯推薦：空間太陽(yáng)能發(fā)電是一項(xiàng)非常宏大的航天工程，是國(guó)際航天領(lǐng)域發(fā)展的一個(gè)重要方向。由于其系統(tǒng)復(fù)雜、工程巨大，距離真正的工程實(shí)施還有很大的差距，需要眾多的技術(shù)積累和突破，特別是無(wú)線能量傳輸技術(shù)。譯者選擇國(guó)際無(wú)線電科學(xué)聯(lián)合會(huì)2007年發(fā)表的“Report of the URSI Inter－Commission Working GrouponSPS”報(bào)告進(jìn)行翻譯，全面展示了國(guó)際上在此領(lǐng)域的發(fā)展歷史和最新進(jìn)展，特別針對(duì)空間太陽(yáng)能發(fā)電核心技術(shù)之一的無(wú)線能量傳輸技術(shù)的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行了詳細(xì)的闡述?！短?yáng)能發(fā)電衛(wèi)星白皮書(shū):URSI SPS國(guó)際委員會(huì)工作組報(bào)告》由URSI SPS國(guó)際委員會(huì)工作組所著，《太陽(yáng)能發(fā)電衛(wèi)星白皮書(shū):URSI SPS國(guó)際委員會(huì)工作組報(bào)告》是我國(guó)第一部關(guān)于空間太陽(yáng)能發(fā)電的譯著，主要讀者對(duì)象為理工科本科生、研究生和相關(guān)領(lǐng)域的工程技術(shù)人員。

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