綠色能源新篇章太陽能從太空發電

THE MERIT TIMES

編譯／潘楠慕 2023-11-26

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電動水翼船更安靜更節能。圖／法新社、美聯社、網路

瑞典Candela公司推出P-12電動水翼船。圖／法新社、美聯社、網路

太陽龐大能量吸引人類不斷探索。圖／法新社、美聯社、網路

太空太陽能發電也為未來月球基地鋪路。圖／ESA

從太空將太陽能無線傳輸到地球示意圖。圖／ESA

太空中收集太陽能滿足地球乾淨能源需求。圖／ESA

ChatGPT帶動AI旋風。圖／法新社、美聯社、網路

科技發展與節能環保須取得平衡。圖／法新社、美聯社、網路

編譯／潘楠慕

從太空利用太陽能發電將電力傳輸回地球，這種聽起來像科幻電影的技術，已經不再遙不可及。歐盟、美國和中國大陸都正在發展從太空向地球無線傳輸太陽能電力，其中歐洲太空總署（ESA）爭取在2030年代中期開始從太空傳回太陽能，最終要以這種方式滿足可觀比率的歐洲能源需求。

地表的太陽能發電目前占全球供電量約5%，儘管每年太陽能裝置發電量增幅約25%，但是預期到2050年仍不足以滿足全球用電需求量的一半，一部分原因是多雲天氣和夜晚期間無法接收太陽能。要克服這些缺點，需要進行金額高得令人咋舌的投資，升級太陽能發電場、太陽能電池和電力輸送網，以利在對的時間發電並傳輸電力到需要的地點，而設置在地球軌道上的太陽能板，就能擺脫天候和晝夜的限制。

美國康乃爾大學航太與機械工程助理教授羅耶爾（Fabien Royer）說，電力儲存和輸送是推動可再生能源的真正瓶頸，「在太空收集太陽，可以不間斷地產生電力、就地傳輸，就能避開所有這些問題」。

歐洲太空總署科學家維詹德朗（Sanjay Vijendran）領導的「太陽神」（Solaris）計畫，每具收集太陽能的衛星一天有8小時能收集太陽能並將電力傳回地球，在地球軌道不同位置部署3具衛星，同時地表接收站也分散在多地，就能確保太空發電站隨時都能向地球傳輸電力。

ESA規畫2030年發射一枚展示這項技術的衛星，5年後設置一座可運作的太空太陽能發電站，之後擴大規模，目標是總發電量達到1皮瓦（petawatt），也就是1000兆瓦特，約歐洲目前能源總消耗量的7分之1。

加州理工學院也正研究太空太陽能傳輸技術，今年6月原型機首次成功在太空發電，並且將可探測的電量無線傳回地球，不過目前尚無計畫擴大部署。美國軍火公司「諾斯洛普格魯曼」（Northrop Grumman）也正在為五角大廈發展類似技術，但是主要目的是為衝突前線部隊提供電力，因此不一定需要很大的傳輸電量。

美國航太總署（NASA）在1970年代就具備從太空收集太陽能送回地球的技術、設備，但是當年考量火箭發射等相關成本高昂，而化石燃料價格低，因而放棄繼續開發。

羅耶爾說，現在民間太空公司已將商業發射火箭的單位成本降低到20多年前的10分之1，而且會愈來愈便宜，同時新材料問世和電子元件微型化，讓太陽能板更輕、更有效率，而且採模組化，具有彈性可捲曲便於載運。

這些成本上的突破，加上綠色能源需求飆升，已經帶動一場開發太空太陽能發電的全球競賽，中國、日本和英國也都有相關的研究。維詹德朗預期，「10到15年內實現太空太陽能可共同挹注綠色能源」，有朝一日從太空無線傳送能源，終將超過核能、風力和地面太陽能發電，成為最低成本、最被廣泛使用的綠色能源。

AI耗能遠遠超過傳統搜尋引擎

滑鼠點個幾下隨即寫好一套劇本或建好一個網站，生成式人工智慧技術（AI），如OpenAI公司開發的ChatGPT，或者Google公司的Bard等，有如魔法一般，但是AI系統仰賴大型資料庫訓練，其運作消耗的大量水和電力，遠高於傳統網路搜尋引擎運作耗能量，對環境帶來負擔。

根據美國河濱加州大學發表的一份預印本研究報告，與ChatGPT進行一段對話，消耗大約500毫升的水，ChatGPT每個月將近15億人次使用，累積的能源消耗量相當可觀。

目前AI系統使用的資料庫占全球能源消耗量約1%，此比率預計會持續增加。不過，這些資料庫依其所在地所屬國家採用燃煤、天然氣或者可再生能源發電，其碳排量也有所不同。

微軟公司與「艾倫人工智慧研究所」贊助的一份研究指出，改變資料庫地點，就可能將AI運作的碳排量減少多達75%。也有一些看法提出「跟著太陽走」，即在一天當中，轉換位於不同地點的多個資料庫訓練AI，讓系統隨時都是使用太陽能。

舉例來說，由「大科學」研究專案（Big Science Project）開發的開放原始碼AI語言模型BLOOM，訓練時的碳排量約25噸；相較之下，ChatGPT使用的語言模型GPT-3碳足跡高出20倍，相當於搭飛機從巴黎到紐約來回300趟。

不過AI技術仍能有助於對抗全球暖化，因此，對開發者來說，挑戰在於透明，揭露使用AI的碳足跡，讓使用者選擇是否要拿一些簡單搜尋就有答案的基本問題，來「轟炸」ChatGPT，消耗大量能源。

瑞典電動水翼船既快速又節能

使用綠色能源和節能的大眾交通工具是降低交通運輸碳排量的關鍵，瑞典首都斯德哥爾摩水上大眾運輸明年將導入電動水翼船，每人每公里耗能量與傳統柴油渡輪相比，大減95%，而且速度更快、更安靜，可望為綠色水上運輸立下新標準。

瑞典電動船製造商Candela公司16日宣布，旗下電動水翼船P-12明年7月展開為期9個月的試營運，往來斯德哥爾摩市中心到郊區艾克爾（Ekero）。P-12最多可搭載30名乘客，最大航速30節（時速56公里），比其他電動載客渡輪快得多；而且由於水翼在一定速度下能產生足夠浮力，抬起船體，大幅減少水面航行阻力和波浪，因此這款電動水翼船以離水面約1公尺的高度「漂浮」行駛時，幾乎無聲。

Candela公司指出，他們開發的技術利用船隻漂浮省下的能源，使其能達到原本需使用電池才有的速度和續航力，每位乘客每公里耗能量，與現行柴油載客渡輪相比大減95%，「這真的是往前躍進一大步」。

另外一點優勢是，P-12沒有一般船隻航行產生的尾流，因此不受斯德哥爾摩水上運輸最大12節的航速限制，可將市區到艾克爾交通時間從55分鐘減少到25分鐘，在交通尖峰時段會比傳統大眾運輸還快。

水翼船並非新概念，但是過去因為製造和維護成本而難以普及，現在隨著新的輕量碳纖維材質和更節能的電動馬達問世，以及傳統燃料價格高漲，推動水翼船捲土重來。斯德哥爾摩地區2022年的船隻運輸量約620萬架次，Candela公司希望，透過P-12投入服務，能帶來水上大眾運輸的新年代。

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