Преди повече от половин век, инженерът Питър Глейзър си е представял слънчеви панели в космоса Изпращане на електричество до Земята; тази идея, отлагана в продължение на десетилетия поради своята сложност и цена, сега се завръща с нови аргументи и свежи данни.
Водена от неотложната климатична ситуация и падащите цени на изстрелванията, космическата слънчева енергия (SBSP) премина от спекулации към енергийни модели: скорошен академичен анализ изследва как би се вписал в европейската система и какво би било необходимо, за да се превърне в реалистичен вариант.
Какво е космическа слънчева енергия и защо отново е на дневен ред?
Повърхностната слънчева и вятърна енергия са чисти, но непостоянни: те зависят от времето и цикъла ден-нощ. SBSP предлага разполагането на сателити. в геостационарна орбита, където слънчевата светлина е практически непрекъсната и няма загуби през атмосферата, за да генерира без прекъсвания и да намали нуждата от резервно копие.
От височина от около 36.000 XNUMX километра, тези спътници биха ориентирали повърхностите си, за да улавят радиацията по стабилен начин. предава енергия към сушата посредством микровълни, насочени към специфични приемащи станции.
Какво предлага новият анализ
Проучване, ръководено от King's College London и публикувано в списание Joule, симулира декарбонизирана европейска система до 2050 г. със и без SBSP. Резултатите от него показват, че ако бъдат достигнати определени прагове на разходите, енергията от орбита би могла... намаляване на общата цена на системата електрически между 7% и 15%.
Моделът също така предполага, че SBSP би позволил до 80% от капацитета вятърна и слънчева енергия на сушата и намаляване на използването на батерии с повече от 70%, като същевременно се запазва необходимостта от сезонно съхранение на водород за някои зими. В икономически план общите потенциални спестявания се оценяват на десетки милиарди евро годишно.
Две архитектури в спор: хелиостати и планарна решетка
Екипът оцени две концепции, предложени от НАСА. Най-амбициозната е рояк от хелиостати: модули тип „кошер“ с множество шестоъгълни рефлектори, които пренасочват светлината към централен концентратор. Енергийната му наличност би била почти непрекъсната (около 99%), но изисква значителен технологичен и логистичен напредък.
Втората, така наречената „зряла“ планарна решетка, е по-конвенционален сателит със сандвич архитектура (приемане от едната страна, предаване от другата). Тя е по-проста и по-близка до демонстрация, въпреки че... наличността е около 60%, забележителен скок от типичните за наземните панели 15–30%, но по-нисък от рояка.
Как би работило: от орбита до мрежата
Работната схема е подобна на тази на комуникационен спътник, но е оптимизирана за енергия. Първо, стартиране и внедряване от спътника до геостационарна орбита, последвано от неговата стабилизация и калибриране.
След това панелите или рефлекторите автономно ориентират повърхностите си към улавяне на радиация непрекъснато; генерираната електроенергия се преобразува в микровълни с висока ефективност.
Енергийният лъч е насочен към земята с прецизен фазов контрол и насочване, за да достигне големи ректени (приемни станции с площ от няколко квадратни километра), където сигналът се преобразува обратно в използваем електрически ток.
Това електричество е инжектира в мрежата или се съхранява, в зависимост от търсенето. Целият процес изисква синхронизация, усъвършенствано управление на температурата и системи за безопасност, които ограничават плътността на мощността на лъча до регулирани нива.
Разходи, срокове и условия за жизнеспособност
Ключът към изследването се крие в допусканията за разходите. За да бъде конкурентоспособна, архитектурата на хелиостатите трябва да се стреми към еквивалентна единична цена, близка до 14 пъти повече от панелите наземните антенни решетки, прогнозирани за 2050 г.; планарната антенна решетка - около 9 пъти. Днес тези цифри все още са далеч от целта.
В допълнение към хардуера, липсват и критични етапи: мащабни тестове безжично предаване на енергия, роботизирано сглобяване в орбита, сервизна логистика и намаляване на космическите отломки. Те се допълват от регулаторни рамки за безопасност на лъчите, координация на въздушното пространство и защита на астрономията.
Това, което казват експертите
От научната общност икономическата строгост на анализа е приветствана, но се отбелязва, че той не решава въпроса „как“. Астрономът Олга Замора Това повдига въпроси относно строителството, изстрелванията, орбиталното сглобяване, космическите отпадъци, регулирането и потенциалното въздействие върху наблюдението на небето.
Климатологът Пеп Канадел Той подчертава, че технологията все още е далеч от това да работи в голям мащаб и изисква масивна научноизследователска и развойна дейност без гаранции. Неговата препоръка е ясна: да се стимулират изследванията в областта на SBSP, да, но без да се забавя внедряването на вече наличните зрели възобновяеми енергийни източници и съхранение на енергия.
Поетапна пътна карта
Самата работа предлага поетапна стратегия: започнете с матрични демонстратори планарно, по-правдоподобно в краткосрочен план, докато развитието на хелиостатния рояк се ускорява. Успоредно с това, намаляването на разходите за изстрелване и напредъкът в орбиталната роботика ще бъдат решаващи.
Европа вижда този път в рамките на инициативи като Соларис (ESA), докато страни като Китай, Япония, Съединените щати, Индия, Обединеното кралство и Русия също предприемат стъпки. Ако SBSP узрее, той би могъл да засили сигурността на доставките и да помогне за постигането на целта на нетни нулеви емисии в средата на века.
Обещанието за превръщане на космоса в непрекъсната слънчева „електроцентрала“ е толкова привлекателно, колкото и взискателно: има потенциал системата да се направи по-евтина и да се стабилизира мрежата, но предизвикателствата продължават. технически, икономически и социални бариери които изискват съчетаване на амбиция с благоразумие и без пренебрегване на решения, които вече работят на място.