Jak dokładnie będzie działać elektrownia słoneczna w kosmosie?

TPodobno rząd Wielkiej Brytanii rozważa propozycję budowy elektrowni słonecznej w kosmosie o wartości 16 miliardów funtów.

Tak, dobrze to przeczytałeś. Kosmiczna energia słoneczna to jedna z technologii, które muszą pojawić się w rządzie Zerowy portfel innowacji netto. Został zidentyfikowany jako potencjalne rozwiązanie, wraz z innymi, umożliwiające Wielkiej Brytanii osiągnięcie zera netto do 2050 roku.

Ale jak będzie działać elektrownia słoneczna w kosmosie? Jakie są zalety i wady tej techniki?

kosmiczna energia słoneczna Polega na gromadzeniu energii słonecznej w kosmosie i przesyłaniu jej na Ziemię. Chociaż sam pomysł nie jest nowy, ostatnie postępy technologiczne sprawiły, że możliwość ta stała się bardziej realna.

Solar Space System wykorzystuje satelitę zasilanego energią słoneczną – ogromny statek kosmiczny z panelami słonecznymi. Panele te wytwarzają energię elektryczną, która jest następnie przesyłana bezprzewodowo na Ziemię za pomocą fal radiowych o wysokiej częstotliwości. Antena naziemna, zwana prostoliniową, służy do przetwarzania fal radiowych na energię elektryczną, która jest następnie podłączana do sieci energetycznej.

Orbitująca kosmiczna elektrownia słoneczna jest oświetlona słońcem 24 godziny na dobę, dzięki czemu może stale wytwarzać energię elektryczną. Stanowi to przewagę nad naziemnymi systemami słonecznymi (systemami zlokalizowanymi na ziemi), które mogą wytwarzać energię elektryczną tylko w ciągu dnia i zależą od pogody.

Oczekuje się, że globalne zapotrzebowanie na energię wzrośnie o Prawie 50 procent Do 2050 r. energia słoneczna z kosmosu może być kluczem do zaspokojenia rosnącego światowego zapotrzebowania w sektorze energetycznym i walki z rosnącą globalną temperaturą.

kilka wyzwań

Kosmiczna elektrownia słoneczna oparta jest na konstrukcji modułowej, w której wiele modułów słonecznych jest montowanych na orbicie przez roboty. Przeniesienie wszystkich tych elementów w kosmos jest trudne, kosztowne i ma wpływ na środowisko.

ten Waga panelu słonecznego Zostało to zidentyfikowane jako wczesne wyzwanie. Ale zostało to rozwiązane przez opracowanie Lekkie ogniwa słoneczne (Panele słoneczne składają się z mniejszych ogniw słonecznych.)

Energia słoneczna z kosmosu jest technicznie wykonalna przede wszystkim dzięki postępom w kluczowych technologiach, w tym lekkich ogniwach słonecznych, bezprzewodowej transmisji energii i robotyce kosmicznej.

Jednak zbudowanie tylko jednej z tych elektrowni słonecznych wymagałoby wielu startów promów kosmicznych. Chociaż kosmiczna energia słoneczna została zaprojektowana z myślą o długofalowej redukcji emisji dwutlenku węgla, istnieją znaczne emisje związane z wystrzeliwaniem w kosmos, a także koszty.

Obecnie wahadłowców kosmicznych nie można ponownie wykorzystać, chociaż firmy takie jak Space X pracują nad tym, aby to zmienić. Możliwość ponownego wykorzystania systemów startowych znacznie obniży ogólne koszty.

Jeśli uda nam się zbudować kosmiczną elektrownię słoneczną, jej funkcjonowanie stanie również przed wieloma wyzwaniami praktycznymi. Panele słoneczne mogą ulec uszkodzeniu przez kosmiczne śmieci. Co więcej, atmosfera ziemska nie zasłania płyt w kosmosie. Narażenie na intensywniejsze promieniowanie słoneczne oznacza, że: ulegnie rozkładowi szybciej niż te na Ziemi, co zmniejszy moc, którą mogą generować.

ten efektywność Inną kwestią jest bezprzewodowe przesyłanie energii. Przesyłanie energii na duże odległości – w tym przypadku z satelity słonecznego w kosmosie na Ziemię – jest wyzwaniem. W oparciu o obecną technologię tylko niewielka część zebranej energii słonecznej dotrze na Ziemię.

Projekty pilotażowe już trwają

ten kosmiczny projekt energii słonecznej W Stanach Zjednoczonych opracowuje się wysoce wydajne ogniwa słoneczne, a także zoptymalizowany system konwersji i transmisji do użytku w kosmosie. Zjednoczone państwo laboratorium badań morskich Przetestował moduł słoneczny i system konwersji energii w kosmosie w 2020 roku. Tymczasem Chiny ogłosiły postępy w swojej kosmicznej elektrowni słonecznej Bishan, dążąc do posiadania wydajnego systemu do 2035 roku.

W Wielkiej Brytanii rozwój kosmicznej energii słonecznej o wartości 16 miliardów funtów (plus koszty operacyjne w wysokości 1 miliarda funtów) jest realną koncepcją opartą na najnowszych Raport Doradczy Frazer-Nash. Oczekuje się, że projekt rozpocznie się od małych prób prowadzących do funkcjonowania elektrowni słonecznej w 2040 roku.

Zasilany energią słoneczną satelita ma 1,7 km średnicy i waży około 2000 ton. Antena naziemna zajmuje duży obszar – około 6,7 km na 13 km. Ponieważ ziemia jest wykorzystywana w całej Wielkiej Brytanii, jest bardziej prawdopodobne, że zostanie złożona na morzu.

Satelita ten dostarczy Wielkiej Brytanii 2 gigawaty mocy. Chociaż jest to znaczna ilość energii, jest to niewielki wkład w zdolność wytwórczą Wielkiej Brytanii i jest Około 76 gigawatów.

Przy bardzo wysokich kosztach początkowych i powolnym zwrocie z inwestycji, projekt będzie wymagał znacznych środków rządowych, a także inwestycji prywatnych firm.

Jednak wraz z postępem technologicznym koszty wystrzelenia w kosmos i produkcji będą stale spadać. Skala projektu pozwoli na masową produkcję, co nieco obniży koszty.

Zobaczymy, czy kosmiczna energia słoneczna może pomóc nam osiągnąć zero netto do 2050 r. Inne technologie, takie jak zróżnicowane i elastyczne magazynowanie energii, wodór i rozwój systemów energii odnawialnej, są lepiej zrozumiane i można je łatwiej zastosować.

Pomimo wyzwań, kosmiczna energia słoneczna jest prekursorem ekscytujących możliwości badawczych i rozwojowych. W przyszłości technologia prawdopodobnie będzie odgrywać ważną rolę w globalnych dostawach energii.

Jovana Radulovic jest przewodniczącą Szkoły Inżynierii Mechanicznej i Projektowania na Uniwersytecie Portsmouth. Ten artykuł pojawił się po raz pierwszy w Rozmowa.