虚拟电厂有望成为未来太空电网核心

电子发烧友网报道（文/黄山明）近期可以看到，中国已经开始慢慢将太空探索从单纯的“科研探测”转向了“大规模开发与驻留”，不仅建立了国内首家“星际航行学院”，并且还在计划准备“太空采矿”。而在太空当中，能源非常重要，而同样重要的是能源分配方式。

而虚拟电厂，作为电力AI应用的代表，未来也极有可能运用在太空之中，当做太空作业能源分配的核心枢纽。

太空能源互联网的构想

目前的太空设施，包括空间站、卫星等，大多采用自给自足的模式，每个载荷携带自己的太阳能板和电池，这种模式的冗余度高、重量大、且一旦单体受损就会导致整体的瘫痪。

而在未来，太空可能出现大量的分布式能源资产，例如大型空间太阳能电站的模块化阵列，由成千上万模块组成，通过机器人组装。如Starlink式的大规模低轨卫星群，如月球/火星基地的太阳能阵列与储能设备群等。

而这些设备位置分散、轨道不同、功率输出受太阳角度/阴影影响。因此就需要有一个虚拟电厂来实现跨资产的智能聚合，实时监测发电/储能状态，通过AI/云平台统一调度功率分配、负载均衡，甚至“虚拟”输出稳定功率给太空用户或通过无线传输回地面电网。

这类似于地面VPP聚合屋顶光伏加上家用电池，但规模和复杂度更高，能极大提高太空能源利用效率，避免浪费。当前中国、美国、日本、欧洲都在推进空间太阳能电站技术，中国近年来有重要进展，马斯克也提出太空光伏支持算力中心。

而想要实现这一目标有一个前提条件，那就是如何进行远程的无线能量传输。2013年底，随着一份题为《关于尽早启动我国太空发电站关键技术研究的建议》的院士联名建议案获得批复，中国空间太阳能电站研究开始步入发展快车道。2017年，国家成立空间太阳能电站推进委员会。

2018年，在“空间太阳能电站系统项目”启动仪式暨高峰论坛上，西电空间太阳能电站研究项目被命名为“逐日工程”。2022年已在西安电子科技大学建成并通过验收“世界首个全链路全系统空间太阳能电站地面验证系统”。

技术上在55米距离实现微波功率无线传输，发射功率2081W、波束收集效率87.3%，DC-DC效率15.05%，主要指标国际领先。

而微波无线传能技术未来可以解决在太空中，助力构建空间能源网、空间充电桩，破解空间算力、星上信息处理、空间攻防及超远程探测的供电难题。

目前逐日工程地面验证已通过，计划后续在低轨在轨验证，再迈向中高轨与吉瓦级电站的长周期路线。2030年前后进行兆瓦级验证，2050年前后实现吉瓦级商业电站、

显然，太空虚拟电厂所需要太空能源互联网的前序工程和底层技术，已经在国内的“逐日工程”中逐渐完善。

太空虚拟电厂的元器件考验

除了远程能量传输以外，太空环境极端对于元器件也是个巨大的考验。因此元器件必须要具备抗辐射、太空级要求。例如在抗辐射上，核心要求就是总电离剂量（TID）通常需50-300krad(Si)甚至更高，单粒子效应（SEE）阈值高（LET>37-80MeV·cm²/mg），避免SEU/SEL/SET。

目前普遍采用的解决方案是使用辐射加固芯片，例如BAE Systems、Microchip、TI的航天级产品。或者用普通的芯片加上屏蔽层或者三模冗余设计。工作温度需要达到-150°C~+150°C，要有军用航天级的水平。例如中国科学院微电子研究所研制的国产高压400V抗辐射SiC功率器件，已在空间站轨道成功验证。

同时太空接近绝对真空，会引发材料放气、冷焊、绝缘性能下降等问题，因此元器件封装需采用低放气率材料，金属接触面需采用镀金、镀银等防护层，避免真空环境下不同金属直接接触导致的冷焊现象。并且在绝缘性上需要有保障，防止表面漏电与击穿。

由于太空发射成本非常高，因此元器件必须在满足性能要求的同时实现极致轻量化。因此封装最好采用QFN、BGA等微型化封装，或采用系统级封装（SiP）、3D堆叠技术，在有限空间内集成更多功能单元，提升整体系统集成度。

加上空间任务通常具有不可维修性，元器件必须具备零故障运行能力，寿命要求远超地面应用，对可靠性要求极高。例如，为防辐射击穿，SiC MOSFET的实际工作电压可能被设定在额定电压的30%或更低。

从时间节点来看，当前至2030年，是关键技术验证期。主要任务是进行更多在轨演示，验证无线能量传输、新型功率器件、在轨组装等。

2030年以后，可能进入早期应用阶段。初期应用更可能是为其他太空设施（如大型星座、在轨数据中心）提供商业化的能源服务，形成初步的太空能源市场。长远来看，随着太空运输成本大幅下降和能源需求上升，才有可能考虑构建向地面供电的大型太空电站。

不过不管怎么说，太空虚拟电厂作为基于空间分布式能源资源的智能能源管理系统，通过数字技术聚合卫星太阳能电站、空间站储能、太空数据中心负荷等空间能源单元，实现跨轨道、跨平台的能源协同优化调度。

随着我国太空战略布局从单一卫星任务向空间基础设施集群演进，太空虚拟电厂有望成为保障空间能源安全、提升资源利用效率的核心技术支撑。

小结

虚拟电厂上太空，本质上是人类文明活动疆域扩展的能源管理基础设施。它要求的不是简单的加固，而是基于物理原理重构的能源电子学，从半导体材料（宽禁带、抗辐照）到系统架构的全面革新。这恰好为中国提供了换道超车的机会，在地面电网我们追随欧美标准，但在太空能源互联网这一白纸领域，中国企业若能突破抗辐照功率半导体、空间核电源集成技术，将有机会定义下一代太空能源标准。