和人造太阳相比 风电光伏弱爆了

电力18讯：

春节档票房大战中，口碑最好的《流浪地球》实现票房逆袭，登顶春节档单日票房榜首，在国内外引起广泛关注。这部影片是根据刘慈欣的同名科幻小说《流浪地球》改编而来，讲述了太阳即将死亡，进入红巨星的膨胀阶段，地球即将被膨胀的太阳大气所淹没。在人类命运面临存亡的关头，人类联合政府做出决定，将地球作为一个庞大的飞船驶离现有轨道，驶向距离地球最近的，4.2光年的比邻星。

 

太阳走到生命的尽头，体积膨胀并将地球吞没的恐怖场景并非是虚无缥缈的妄想，也不是科幻小说为了故事情节而编造的桥段，而是根据目前所认知的物理规律和观测到的漫天星辰所得到的严谨的科学结论。在未来某天，这件事的确会发生。

 

人类所需的绝大部分能源都直接或间接地来自太阳，人类也从未停止过对太阳的探索。而“人造太阳”计划就是世界科技界为解决人类未来能源问题而开展的重大国际合作计划。

 

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电影场景真的会发生

 

“人造太阳”本质上是一种核反应实验装置。

 

1945年，美国曾向日本投下了两颗原子弹，彻底驯服了法西斯野兽。白宫在事后发表声明说，是原子弹将“太阳释放能量的力量降临到把战争带给远东的人”。这句话指的是原子弹爆炸和太阳释放能量一样都是核反应。

 

然而不同的是，原子弹使用的是重元素的核裂变，是一个分子量较高的元素通过链式反应，裂变成分子量较小的元素。简单来说，就是一个大原子核裂变成一个或几个小原子核。而太阳则正好方向相反，使用的是核聚变，将分子量为1的氢原子核，经过3步中间过程，聚变成分子量为4的氦原子核。无论是核裂变还是核聚变，都会释放巨大的能量，这部分能量就是原子弹爆炸或者太阳发光发热放出的能量。

 

氢弹就是利用了和太阳相同的核聚变原理，一旦投放出去，就会在短时间内将自己的能量全部释放出来，是一种不可控的核聚变装置。而太阳已经稳定的进行了约46亿年，持续不断的用光和热哺育整个太阳系，是一种可控的核反应。太阳之所以没有成为一颗氢弹，是因为自身重力和核反应做到了平衡，质量相当于33万个地球的太阳所产生的重力，已经足以控制住其内部的核反应了。

 

但是核聚变反应会消耗氢、产生氦，分子数更大的氦就会堆积在恒星内部，因此太阳内部的密度将会随着年龄的增加而增大，重力会越来越大，更多的氢原子核相互接近，内部核反应的速率也会逐渐增加。研究计算表明，几十亿年后，不断加快的太阳核反应速率将会导致太阳辐射出的能量约是现在的2倍。在如此剧烈的辐射照耀下，地球表面的温度将超过300多摄氏度，海洋和湖泊中的液态水早已被汽化。在这种环境下绝大多数生物都是无法生存的，地球不得不踏上流浪之旅。

 

当然，这种情况将发生在几十亿年之后，也许那时人类已经研发出了能够遮挡太阳剧烈辐射的装置或者进化出了一些不惧怕高温的功能，我们没必要杞人忧天。我们现在应该做的是珍惜我们的地球，不让环境污染、气候变化、能源消耗将其破坏，这也是我国一直发展清洁能源的原因所在。

 

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我国“人造太阳”项目屡获突破

 

为了利用像太阳这种效率极高又清洁无污染的能源，科学家们一直致力于可控核聚变装置的研究，使核聚变一段时间内持续稳定的向外输出能量。超导托卡马克就是一种比较有前景的可控核聚变装置，被称作“人造太阳”。

 

它的外形像一个放倒的轮胎，利用磁场束缚住注入其中的带电粒子，使他们能够按照人们的控制进行核聚变反应。“国际热核聚变实验堆（ITER）计划”是目前全球规模最大、影响最深远的国际科研合作项目之一，ITER装置就是一个能产生大规模核聚变反应的超导托克马克。

 

 

我国核聚变能研究开始于60年代初，建成了两个当时在发展中国家最大的、理工结合的大型现代化专业研究所，即中国核工业集团公司所属的西南物理研究院（SWIP）和中国科学院所属的合肥等离子体物理研究所（ASIPP）。

 

从上世纪70年代开始，先后建成并运行了小型CT-6（中科院物理所）、KT-5（中国科技大学）、HT-6B（ASIPP）、HL-1（SWIP）、HT-6M（ASIPP）及中型HL-1M（SWIP）。SWIP建成的HL-2A经过进一步升级，已进入当时国际上正在运行的少数几个中型托克马克之列。

 

自1991年，我国开展了超导托克马克发展计划（ASIPP），探索解决托克马克稳态运行问题。1994年建成并运行了世界上同类装置中第二大的HT-7装置。

 

2006年9月28日，我国自主设计和研制的世界上第一个全超导非圆截面托卡马克核聚变实验装置EAST在首次物理放电实验中，成功获得电流大于200千安、时间接近3秒的高温等离子体放电。这表明当时世界上新一代超导托卡马克核聚变实验装置已在中国首先建成并正式投入运行。

 

2013年1月5日中科院合肥物质研究院宣布，“人造太阳”实验装置辅助加热工程的中性束注入系统在综合测试平台上成功实现100秒长脉冲氢中性束引出。

 

2016年2月，中国EAST物理实验获重大突破，实现在国际上电子温度达到5000万度持续时间最长的等离子体放电。

 

2018年11月12日，ASIPP发布消息，我国大科学装置“人造太阳”日前取得重大突破，通过优化稳态射频波等多种加热技术在高参数条件下的耦合与电流驱动、等离子体先进控制等，结合理论与数值模拟，实现加热功率超过10兆瓦，等离子体储能增加到300千焦，等离子体中心电子温度首次达到1亿度等多项重大突破。

 

2019年1月17日，一台30万千伏安立式脉冲发电机组17日在四川成都通过验收，它将满足SWIP在建的“中国环流器二号M”这一可控热核聚变先进装置的大功率、高储能供电需求，成为我国“人造太阳”的新型“充电宝”。

 

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“人造月亮”或将于2020年诞生

 

有了“人造太阳”提供能源，还应该做到能源“节约”。为了节省能源，我国正在研发“人造月亮”。“人造月亮”可以直接反射太阳光，在夜晚为一些公共设施提供照明，比如夜间的城市夜景、路灯照明等。

 

“人造月亮”，其实就是一种携带空间反射镜的人造卫星，发射到空间轨道上之后，把太阳光反射到地球上，从而照亮该区域的夜空，夜空中我们看到的月亮和其它行星的光亮，也是这样的原理。

 

月球直径为3476公里，它虽然很大，但距离我们有38万公里，实在太远了，它反射的太阳光到达地面时已损耗很多。而“人造月亮”预计运行在500公里以内的低空轨道上，光强度损失将比月光小得多。因此虽然“人造月亮”直径并不大，但预计其为地面带来的最大光照强度将是月光的8倍。

 

 

“人造月亮”挂在城市上空，就像一个超级夜灯，能把城市变成十足的“不夜城”。显然，它能替代路灯以节省大量电费。专家以成都市区50平方公里的区域为照射范围测算，“人造月亮”每年可以节省照明电费12亿元！

 

据了解，我国“人造月亮”将在2020年诞生，按照计划我国第一颗“人造月亮”将在2020年的四川西昌卫星发射中心升空，首先将照亮成都。也许一年后夜生活极其丰富的成都，将彻底升级为一座“不夜城”。

 

目前，俄罗斯、美国、日本、欧盟等国家和地区都在开展空间能源应用的技术研究。

 

最早提出“人造月亮”设想的是一名法国艺术家，他想在地球上空挂一圈镜子做成的项链，可以一年四季把阳光反射到巴黎的大街小巷。

 

“人造月亮”技术的突破性进展出现在俄罗斯，他们有个“旗帜”计划，想制造太阳帆船飞向火星，动力来源是太阳风。那在太阳光微弱或消失的情形下如何提供动力？俄罗斯科学家突发奇想，利用超薄反射膜发射到能接收太阳光的空域，为太空船反射光能。

 

俄罗斯开展“人造月亮”研究的动力十足，因为这一技术不仅可用于太空探索，还可以用来提供照明。特别是处于北极圈内广大俄罗斯区域，被极昼极夜折磨的人们迫切需要“人造月亮”能带来光明。

 

1999年，俄罗斯“进步M-40”货运飞船携带一面总重4千克、展开直径有25米的折叠反射镜进入太空。按照设计，镜面展开后，会像向日葵一样始终朝向太阳，将会在地面上投下直径为5-7公里的光束，光亮强度十倍于月光。然而由于设计缺陷，巨大的薄膜反射镜经多次努力始终无法在太空展开，最终实验失败。

 

我国负责该项目的专家认为，俄罗斯的失败在于大型空间反射镜的展开环节出了问题，目前我国在核心技术、工程基础材料等方面已经有很高的成熟度，已具备了开展“人造月亮”技术系统演示验证的条件。

 

有人认为“人造月亮”是一项违反自然规律的研究，会颠倒地上生物作息，表示坚决反对该项研究。天文学者和天文爱好者从“星空保护”的角度出发，反对一切光污染。于是“人造月亮”也备受质疑。

 

参与该项目研究的专家透露，理论上“人造月亮”最大光照强度是月光的8倍，但实际上还存在大气层运动变化的因素，地面实际光照强度大概仅相当于夏季的黄昏时刻。相比路灯来说，仅相当于其亮度的1/5左右，这样的光照强度并不会引起任何不良反应。人们仰望夜空，只会多看见一颗格外明亮的星星而已，而非想象中的一轮圆月。并且，其光线强度与照明时长均可调整，照明精度也可控制在几十米范围内。