[Перевод] Великобритания планирует построить космическую солнечную электростанцию — как она будет работать?
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 корабли для вывода спутников на орбиту преимущественно одноразовые, хотя такие компании, как SpaceX, работают над многоразовыми шаттлами. 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.
