Космическая солнечная электростанция — одна из технологий, которые будут представлены в рамках Net Zero Innovation Portfolio. Проект признали потенциально подходящим решением для реализации британской программы «Net Zero» по переходу к экономике с нулевым показателем вредных выбросов к 2050 году.
Как будет работать солнечная электростанция в космосе? Какие преимущества и недостатки этой технологии?
Космическая солнечная энергетика предполагает сбор солнечной энергии в космосе с дальнейшей передачей на Землю. Эта идея не нова, но последние технологические достижения сделали эту перспективу более реальной.
Система по добыче энергии в космосе представляет собой спутник или огромный космический корабль, оснащённый солнечными батареями. Эти батареи вырабатывают электроэнергию, которая затем передается по беспроводной сети на Землю с помощью высокочастотных радиоволн. Антенна на Земле используется для преобразования радиоволн в электричество, которое затем подаётся в электросеть.
Космическая электростанция освещается Солнцем 24 часа в сутки, благодаря чему может непрерывно вырабатывать электроэнергию. Это большое преимущество перед наземными солнечными энергетическими системами, производящими энергию только днём и при хорошей погоде.
Учитывая тот факт, что по прогнозам к 2050 году расход электроэнергии увеличится на 50%, космическая солнечная электростанция может стать ключом к удовлетворению растущего спроса в мировом энергетическом секторе и решению проблемы глобального повышения температуры.
Некоторые проблемы
Космическая солнечная электростанция обладает модульной конструкцией, собираемой на орбите. Транспортировка элементов в космос сложная, дорогостоящая и также несёт вред окружающей среде. Кроме того, солнечные батареи довольно много весят. Но эту проблемы частично решили с помощью разработки сверхлёгких солнечных элементов.
Проект считается технически осуществимым в первую очередь благодаря последним достижениям в ключевых технологиях, таких как лёгкие солнечные элементы, беспроводная передача энергии и космическая робототехника. При этом важно отметить, что для сборки даже одной электростанции потребуется множество запусков космических ракет. Станция предназначена для сокращения выбросов углекислого газа в долгосрочной перспективе, но в ближайшей перспективе существует проблема с выбросами, выделяемыми при запусках ракет, а также с высокой стоимостью самих запусков.
В настоящее время космические челноки одноразовые, хотя такие компании, как SpaceX, работают над многоразовыми ракетами. Возможность повторного использования систем запуска способна значительно снизить общую стоимость солнечной энергии, добываемой в космосе.
Если удастся успешно построить космическую солнечную электростанцию, её эксплуатация также столкнется с рядом практических проблем. Солнечные панели может повредить космический мусор. Кроме того, панели в космосе не защищены земной атмосферой. Под воздействием более интенсивного солнечного излучения они будут разрушаться быстрее, чем на Земле, что приведёт к снижению генерируемой мощности.
Ещё одна проблема — эффективность беспроводной передачи энергии. Передача энергии на большие расстояния (в данном случае со спутника в космосе на Землю) затруднена. Нынешние технологии позволяют передавать на Землю лишь часть собранной энергии.
Пилотные проекты на стадии реализации
Проект космической солнечной энергетики в США разрабатывает высокоэффективные солнечные элементы, а также систему преобразования и передачи энергии, оптимизированную для использования в космосе. В 2020 году исследовательская лаборатория ВМС США провела испытания солнечного модуля и системы преобразования энергии в космосе. Тем временем в прошлом году Китай объявил о прогрессе в строительстве своей космической солнечной электростанции, которую планируют развернуть к 2035 году. Согласно плану, к 2050 году она должна вырабатывать гигаватт энергии. Конечная цель Китая — запустить гигантские спутники (возможно, длиной более полутора километров) для сбора солнечного света.
В Великобритании разработка космической солнечной электростанции стоимостью 17 млрд фунтов стерлингов считается жизнеспособной концепцией. Ожидается, что проект начнётся с небольших испытаний. Ввод в эксплуатацию должен произойти в 2040 году. Станция будет иметь диаметр 1,7 км и весить около 2 тысяч тонн. Наземная антенна займёт площадь примерно 6,7 км на 13 км. Спутник будет поставлять в Великобританию 2 ГВт электроэнергии, но это небольшой вклад, учитывая потребности страны в электроэнергии в размере 76 ГВт.
При чрезвычайно высоких первоначальных затратах и медленной окупаемости инвестиций, проект потребует значительных государственных ресурсов, а также вложений со стороны частных компаний. Но по мере развития технологий стоимость космических запусков и производства будет снижаться. Масштаб проекта позволит наладить массовое производство, что также должно несколько снизить затраты.
Ещё предстоит выяснить, сможет ли космическая солнечная энергия помочь Великобритании достичь чистого нуля к 2050 году. Другие технологии, такие как разнообразное и гибкое хранение энергии, водород и развитие систем возобновляемой энергетики более понятны, а их применение может быть проще реализуемо.
Несмотря на трудности, космическая солнечная энергетика является предшественником захватывающих возможностей для исследований и разработок. В будущем эта технология, возможно, сыграет важную роль в глобальном энергоснабжении.
***
P.S. Указанный в начале статьи сайт с источником открывается через VPN.
