W miarę jak skutki zmian klimatycznych na naszej planecie stają się coraz bardziej widoczne, naukowcy na całym świecie robią postępy w projektowaniu nowych technologii, które spowalniają globalne ocieplenie. Odnawialne źródła energii to jeden z najlepszych sposobów na osiągnięcie zerowej emisji netto. W wyścigu do projektowania przełomowych technologii pozyskiwania energii elektrycznej z zasobów naturalnych jedna innowacyjna propozycja ma być rozwiązaniem, na które czekaliśmy. Eksperci uważają, że kosmiczna elektrownia słoneczna (SSP) może łagodzić zmiany klimatu poprzez dostarczanie czystej energii. Jakie są zalety i wyzwania związane z budową systemu energii słonecznej w kosmosie i czy stanie się to rzeczywistością?
–
Czym jest kosmiczna elektrownia słoneczna?
Choć może to zabrzmieć futurystycznie, budowa elektrowni słonecznej w kosmosie może wkrótce stać się rzeczywistością. Urodzony w Rosji naukowiec i matematyk Konstantin Tsiołkowski po raz pierwszy przedstawił koncepcję wychwytywania energii słonecznej z kosmosu, a następnie przesyłania jej na Ziemię w latach dwudziestych XX wieku. Od tego czasu naukowcy badali sposoby na urzeczywistnienie jego koncepcji i wygląda na to, że w końcu zbliżamy się do punktu krytycznego.
Jeśli chodzi o budowanie kosmicznej elektrowni słonecznej w kosmosie, musisz myśleć z rozmachem. Szacuje się, że aby satelita skutecznie wychwytywał światło słoneczne, musiałby mieć powierzchnię około 10 kilometrów kwadratowych – lub odpowiednik 1400 boisk piłkarskich – i być wyposażony w pionierskie panele słoneczne. Energia zgromadzona na satelicie może być przesyłana na Ziemię za pomocą fal radiowych o wysokiej częstotliwości, które antena naziemna może następnie przekształcić w energię elektryczną i przewodzić prawie natychmiast Do zasilania sieci w różnych lokalizacjach.
Oczekuje się globalnego zapotrzebowania na energię Około 50% wzrost do 2050 r, w połączeniu z pilną potrzebą znalezienia bardziej zrównoważonych źródeł energii, sprawia, że konieczne jest poszukiwanie alternatyw obejmujących odnawialne źródła energii. Zmiana klimatu jest największym wyzwaniem naszych czasów, a kiedy zaczynamy rozumieć ogromną wartość tych nieograniczonych źródeł energii w wyścigu o powstrzymanie globalnego ocieplenia, nowe pomysły na umożliwienie realizacji przełomowego projektu SSP nie mogły nadejść w lepszym momencie. Ale dlaczego konkretnie przyglądamy się budowie elektrowni słonecznej w kosmosie?
Jakie są zalety i wady kosmicznej energii słonecznej?
Żadne inne źródło energii odnawialnej nie może się równać ze słońcem pod względem dostępności. W rzeczywistości energia słoneczna jest najbardziej obfitym źródłem energii na planecie. Przez lata naukowcy opracowali innowacyjne technologie, które mogą pozwolić nam całkowicie polegać na energii słonecznej do końca naszego istnienia.
W przeciwieństwie do paneli słonecznych na Ziemi, które wychwytują światło słoneczne, które zostało pochłonięte i przefiltrowane przez atmosferę przed dotarciem do Ziemi, panele w kosmosie będą stale i bezpośrednio wystawione na silniejsze światło słoneczne. Pozwoli to SSP na ciągłe generowanie ogromnej ilości energii elektrycznej. W rzeczywistości szacuje się, że panele słoneczne w kosmosie mogą prawie nieprzerwanie generować do 2000 gigawatów energii. 40 razy więcej energii generowanej przez panele słoneczne na Ziemi rocznie. SSP jest nie tylko bardziej wydajny niż naziemne elektrownie słoneczne, ale jest również nieskazitelnie czysty, nieskończenie dostępny i nie ma wpływu na krajobraz, ponieważ nie wymaga użytkowania gruntów.
Chociaż zalety energii słonecznej są liczne, nadal istnieją pewne wady koncepcji SSP. Największą wadą kosmicznej elektrowni słonecznej jest koszt jej uruchomienia. Biorąc pod uwagę obecną cenę wysyłania rakiet w kosmos, eksperci szacują, że koszt wystrzelenia panelu słonecznego o wymiarach 20 na 20 stóp (1,2 na 1,2 metra) będzie zbliżony. 1,56 miliona dolarów amerykańskich, bez uwzględnienia uruchomienia innych wymaganych części, takich jak nadajnik, obudowa satelity i wewnętrzna elektronika. Innym potencjalnym czynnikiem ryzyka są nieznane zagrożenia bezpieczeństwa, które mogą pojawić się w trakcie eksploatacji systemu SSP. Nie da się ich jednak przewidzieć z góry. Możliwe scenariusze mogą obejmować: kosmiczne śmieci Może to prowadzić do uszkodzenia paneli słonecznych i szybszego niszczenia paneli, ponieważ są one narażone na intensywniejsze promieniowanie słoneczne. Ponieważ naukowcy nie potrafią dokładnie przewidzieć, czy i kiedy takie zdarzenia wystąpią, trudno też oszacować koszty utrzymania ogromnej elektrowni.
Jakie są wyzwania związane z produkcją kosmicznej energii słonecznej?
Budowa systemu energii słonecznej w kosmosie nie jest pozbawiona wyzwań. Chociaż ostatnie postępy technologiczne uczyniły tę możliwość bardziej realną, istnieje powód, dla którego kosmiczna elektrownia słoneczna wciąż nie jest rzeczywistością. Nic dziwnego, że jedną z najbardziej skomplikowanych i trudnych przeszkód jest montaż, wystrzelenie i rozmieszczenie tak dużej konstrukcji w kosmosie. Ten złożony proces wymaga rozwiązania szeregu wąskich gardeł technologicznych, które obejmują nie tylko produkcję elektrowni, ale także projektowanie termicznych i bezprzewodowych systemów przesyłu i sterowania energią.
Chociaż nic o tej wielkości nie zostało wcześniej wysłane w kosmos, nie jest łatwo sfrustrować naukowców i wielu uważa, że istnieją sposoby na obejście tego. W 2017 roku naukowcy z Caltech zaprojektowali plik elektrownia modułowa. Pomysł polega na wyprodukowaniu tysięcy mniejszych satelitów, które można wystrzelić oddzielnie i które połączą się w kosmos, tworząc jedną dużą elektrownię słoneczną. Tymczasem naukowcy z Uniwersytetu w Liverpoolu szukają sposobów na osadzenie ogniw fotowoltaicznych (PV) w niezwykle lekkiej, składanej konstrukcji. żagiel słoneczny. Żagiel, który jest w stanie wykorzystać ciśnienie promieniowania słonecznego do napędzania statku kosmicznego bez paliwa, może stanowić niedrogie rozwiązanie do stworzenia dużej kosmicznej elektrowni słonecznej zasilanej z tego samego źródła energii, które przechwytuje. Wreszcie, aby odpowiedzieć na pytanie, w jaki sposób system przekazuje energię, którą pochłania na Ziemię, naukowcy z Japońska Agencja Badań Kosmicznych Studiował metodę przekształcania energii elektrycznej z ogniw słonecznych w fale energetyczne i przesyłania ich do anteny naziemnej za pomocą pól elektromagnetycznych.
Czy to się kiedykolwiek zdarza?
W 2020 roku Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) uruchomiła grupę Kampania Zebranie nowych innowacyjnych pomysłów na technologie zwiększające wykonalność wykorzystania kosmicznej energii słonecznej w celu wsparcia dostarczania czystej energii, a teraz poszukuje finansowania niektórych z tych projektów. Tymczasem niektóre prototypy są już w trakcie realizacji w niektórych krajach.
Na przykład Wielka Brytania rozważa zastaw A Projekt o wartości 21 milionów dolarów Budowa elektrowni słonecznej w kosmosie w ramach rządowego Portfela Innowacji Net Zero, aby pomóc Wielkiej Brytanii osiągnąć zero netto do 2050 roku. kosmiczny projekt energii słonecznej Działa na wysoce wydajnych ogniwach słonecznych w połączeniu z systemem konwersji i transmisji zoptymalizowanym do użytku w kosmosie, podczas gdy Laboratorium Badawcze Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych Przetestował moduł słoneczny i system konwersji energii w kosmosie w 2020 roku.
Biorąc pod uwagę bardzo wysokie koszty początkowe, rządy będą potrzebowały wsparcia finansowego od prywatnych firm do realizacji niektórych z tych projektów. Pomimo wyzwań kosmiczna energia słoneczna jest innowacyjną technologią, w którą warto zainwestować i otwiera drzwi do przyszłości, w której odnawialne źródła energii odgrywają główną rolę w globalnych dostawach energii.
„Analityk. Nieuleczalny nerd z bekonu. Przedsiębiorca. Oddany pisarz. Wielokrotnie nagradzany alkoholowy ninja. Subtelnie czarujący czytelnik.”
