O introducere în recoltarea energiei solare din spațiu

187th Knowledge Seekers Workshop August 31, 2017 (Mai 2019).

$config[ads_text] not found
Anonim

O introducere în recoltarea energiei solare din spațiu


Tehnologia solară este o modalitate durabilă, sigură și curată de recoltare a energiei - dar este colectată numai în timpul orelor de zi și este adesea la mila vremii. O soluție ""> <span>

Cu toate acestea, există numeroase provocări tehnice, financiare și politice (precum și preocupări legate de siguranță și reglementare), care trebuie abordate înainte de a genera cu succes energie electrică și de a le transmite din spațiu către Pământ.

Space Solar vs alte surse de energie

Alte surse de energie - cum ar fi hidro, sol terestru și vânt - depind de factori de mediu incoerenți și imprevizibili. Altele, cum ar fi generatoarele de combustibili fosili, se bazează pe surse de combustibil care nu sunt sustenabile.

Energia solară spațială, pe de altă parte, este nelimitată, disponibilă 24 de ore pe zi, și se așteaptă să dureze încă patru miliarde sau mai mulți ani. Potențialul de a genera energie electrică din spațiu este atât de mare încât poate asigura o putere de încărcare continuă (cererea minimă pe o perioadă electrică pe o perioadă de 24 de ore) și poate satisface viitoarele cerințe globale de energie.

Avantajele unui sistem de energie solară bazat pe spațiu

  • Soarele în spațiu este constant neafectat de ciclurile zi / noapte și de condițiile meteorologice.
  • Nu emite gaze cu efect de seră, cum ar fi sursele de cărbune, petrol și gaze, și nici nu produce deșeuri periculoase cum ar fi centralele nucleare.
  • Recoltarea în sol a spațiului nu concurează pentru terenurile agricole, la fel ca producția de biocombustibili.
  • Energia poate fi transmisă în locuri unde este necesară, chiar și în locuri îndepărtate, fără putere de rețea. Acest lucru elimină problemele asociate liniilor de transmisie lungi.

Cum funcționează un sistem energetic solar solar

O instalare tipică va implica construirea unei stații de energie solară în spațiu și un receptor de masă pe suprafața Pământului. Panourile solare vor genera energia electrică, o vor transforma în microunde sau într-un fascicul laser și vor transmite energia fără fir la un receptor de masă. Receptorul la sol va transforma apoi energia recepționată în energie electrică.

Figura 1: Diagrama pentru transmisia de energie solară bazată pe spațiu . Imaginea este oferită de R. Rajendra.

Sistemul ar consta din trei componente principale:

  • Panouri solare
  • Convertor și emițător
  • Receptorul de la sol

Recoltarea energiei solare în spațiu

Una dintre tehnologiile sugerate este folosirea sateliților de energie solară care constau din panouri solare și oglinzi mari care vor direcționa lumina soarelui către panouri. Acest satelit va fi plasat în orbită geostaționară - aproximativ 38.500 kilometri deasupra Pământului. Avantajele orbitei geostationare sunt următoarele:

  • Panourile solare de pe satelit vor fi iluminate pe tot parcursul anului.
  • Cantitatea de soare este de aproximativ cinci ori mai mare decât ceea ce ar fi disponibil în locații terestre.
  • Satelitul va avea aceeași perioadă de rotație ca și Pământul și, prin urmare, va fi fixat pe o anumită latitudine, permițând capacitatea de a furniza mai multă energie la locul de recepție al solului.

Satelitul, echipat cu un transmițător, va converti energia DC fie în microunde, fie într-un fascicul laser și va transmite acest lucru Pământului într-un mod sigur și controlat.

Provocări în implementarea sistemelor de energie solară bazate pe spațiu

Costul de implementare a sateliților în spațiu este imens. Potrivit grupului Space Island, ar putea costa aproximativ 200 de milioane de dolari pentru a construi un prototip de 10-25 MW pe orbita Pământului. Asamblarea, întreținerea și întreținerea sistemelor de energie solară în spațiu ar fi probabil costisitoare și vor fi confruntate cu multe probleme logistice.

În prezent, există planuri de dezvoltare a rachetelor reutilizabile și a altor tehnologii care vor sprijini transportul în masă al echipamentelor în spațiu, reducând astfel costurile la niveluri viabile din punct de vedere economic. În plus, roboții ar putea fi utilizați pentru asamblarea și repararea structurilor modulare în spațiu.

Că s-au înregistrat, de asemenea, progrese semnificative în ceea ce privește tehnologiile care ar putea permite recoltarea și transmiterea energiei din spațiu. Noile tehnologii, cum ar fi nanotehnologia carbonului, au potențialul de a reduce dimensiunile echipamentului și de a reduce costul construirii și lansării sateliților de energie solară. Există, de asemenea, necesitatea de a dezvolta tehnologii de transport pe scară largă și de robotică care pot fi utilizate pentru asamblarea și repararea structurilor în spațiu.

Există, de asemenea, o îngrijorare că sistemele de lasere sau microunde ar putea dăuna oamenilor și proprietății, deoarece transmit energie înapoi pe Pământ. Menținerea sateliților corect aliniate la posturile de recepție este o sarcină complicată care ar putea duce la dezastru dacă calculele sunt oprite cu cea mai mică valoare. Acesta este un pericol grav, deoarece procesul de transmisie poate provoca daune prin mijloace accidentale sau prin intermediul sistemelor care sunt repurtate ca arme.

Acestea, printre altele, sunt provocări semnificative care vor trebui abordate înainte ca spațiul solar să devină realitate.

Viitorul energiei solare din spațiu

Cercetătorii din Japonia, China, SUA, India și Marea Britanie au făcut progrese în privința tehnologiilor pe care speră să le utilizeze pentru a transfera energia electrică din spațiu către Pământ. De exemplu, tehnologiile de transmisie a energiei cu laser și cu microunde au fost testate cu succes în Japonia, SUA și Europa. În plus, Japonia a efectuat experimente promițătoare care implică transmiterea de microunde prin ionosferă

O foaie de parcurs tipică pentru dezvoltarea spațiului solar arată ceva de genul:

  • Începeți cu o unitate de demonstrație cu putere redusă (mai mică de 100 KW) în orbita inferioară a pământului pentru a testa tehnologiile pentru stabilizarea gravitației, controlul fasciculului, transmiterea puterii și efectul asupra ionosferei.
  • Lansați un sistem prototip de orbită mai mică de 10MW. Cercetătorii testează ansamblul robotizat, transmisia de mare putere și controlul.
  • Puneți un sistem pilot pe orbită geostaționară unde vor fi testate toate tehnologiile și operațiile necesare.
  • Upscale la o instalație comercială pe orbită geostaționară.

Companiile de cercetare a spațiului, cum ar fi Japonia Aerospace Exploration Agency (JAXA) și Mitsubishi, au planuri de a încerca tehnologiile și, dacă vor lansa instalații comerciale de succes în următorii 20-30 de ani.

Un randament al unei plante planificate de recepție a energiei. Imaginea este asigurată de Japonia Space Systems.

JAXA intenționează să-și testeze tehnologia în următorii doi ani. Începând cu anul 2018, vor începe cu un satelit cu mai mulți kilowați în orbită de pământ redusă. După aceasta, ei speră să pună un satelit de 100kW, încă în orbita pământului scăzut până în 2021 și să aibă un sistem demonstrativ de 200MW în orbita geostaționară până în 2028. merge bine, JAXA va instala o centrală electrică pilot comercială de 1GW până în 2031 și va începe un program de instalare a unei instalații pe an începând cu anul 2037.

Mitsubishi Heavy Industries intenționează să testeze o unitate demonstrativă de 1 KW și apoi o unitate demonstrativă de 100 KW în orbita inferioară a pământului. Planurile lor precizează că această demonstrație va fi urmată de o instalație pilot de 10MW pe orbita geostaționară, care va fi lansată în mod ambițios înainte de 2020. În cazul în care gestionează acest calendar, ei intenționează să pună un sistem comercial de 400MW pe orbita geostaționară până în 2030.

Pentru mai multe informații despre sistemele de energie solară spațială, vă puteți referi la această imagine de ansamblu de la Japan Space Systems.

Transmiterea energiei din spațiu pe pământ

În următorul articol, voi explica cele două metode viabile propuse pentru transmiterea energiei colectate din spațiu înapoi pe Pământ, precum și oa treia metodă care le combină pe cele două.