Китайские ученые заявили на днях о планах отправить на орбиту электростанцию для передачи энергии Солнца на Землю. Они уже оборудуют экспериментальную площадку для отработки необходимых технологий. Насколько реален этот проект?
Светлая альтернатива углю и нефти
Наблюдая каждый день Солнце — природный и практически неисчерпаемый термоядерный реактор — нельзя отказаться от идеи использовать его энергию эффективнее, чем это делают сейчас.
На Земле строят солнечные электростанции большой площади, чтобы получить энергию светила, часть которой теряется в атмосфере. Производительность таких электростанций сильно зависит от погоды, времени года и суток. В космосе подобных проблем нет.
Энергетическую установку лучше всего разместить на геостационарной орбите на высоте 35,7 тысячи километров от поверхности. Там, над экватором, солнечный свет будет постоянно.
Китай разрабатывает концепцию солнечной электростанции в космосе, от которой отказалось NASA
Китай недавно объявил, что в течение следующего десятилетия он планирует завершить испытания систем передачи энергии, которые потребуются для космической солнечной энергосистемы, концепцию которой ранее разрабатывали в США.
Джон Мэнкинс, который теперь руководит собственной частной аэрокосмической фирмой Artemis Innovation Management Solutions, должен был выяснить, есть ли способ доставить энергию из космоса на планету. Эта идея может коренным образом изменить коммунальный бизнес и дать контроль над ним в глобальном масштабе той мировой державе, которая первой создаст подобную систему.
Мэнкинс разрабатывал эту концепцию при поддержке Белого дома и конгресса в 2000-х гг., привлекая положительные отзывы от Национальной академии наук и подразделения национальной безопасности в министерстве обороны. Но программа так и не была реализована по разным причинам. Теперь к идее, давно заброшенной NASA, вернулось китайское правительство.
Планы солнечной электростанции, рассматриваемые Китаем, включают запуск малых и средних проектов солнечной энергии в стратосфере для выработки электроэнергии в период между 2021 и 2025 гг., за которыми последует космическая солнечная электростанция, способная генерировать по крайней мере мегаватт электроэнергии, в 2030 г. и коммерческая солнечная электростанция в космосе к 2050 г.
Космическая солнечная электростанция будет улавливать энергию Солнца, которая не попадает на планету, и использовать лазерные лучи для отправки энергии на Землю. Китай заявил, что большим преимуществом космической солнечной энергии является ее способность предлагать энергоснабжение на постоянной основе и с большей интенсивностью, чем наземные солнечные фермы.
Одной из проблем, связанных с проектами в области возобновляемых источников энергии, такими как солнечные и ветряные электростанции, является то, что солнце не светит и ветер не дует 24 часа в сутки. Это ограничивает периоды времени, в течение которых такие проекты могут быть источником выработки электроэнергии.
Космическая солнечная станция не только предложит решение проблемы перебоев, но и обеспечит доставку энергии. Электроэнергия, вырабатываемая в космосе и вблизи экватора, может быть передана практически в любую точку земного шара, за исключением полюсов.
Другие страны изучают эту концепцию. В Индии и Европе ученые работают над дополнительными концепциями солнечной энергии в космосе. Японское агентство аэрокосмических исследований JAXA изучает способы преодоления технологических барьеров, такие как технология беспроводной передачи энергии и технология роботизированной сборки.
Представитель Минобороны США заявил, что министерство регулярно проводит исследования для изучения таких концепций, как космическая солнечная энергия, но не предоставил никаких подробностей.
Китай является одним из лидеров по развитию возобновляемой энергетики и намерен серьезно увеличить инвестиции в развитие этой отрасли. В ближайшие два года власти страны планируют вложить в строительство солнечных и ветряных электростанций 2,5 трлн юаней, что эквивалентно примерно $380 млрд.
В долгосрочном плане Госсовета КНР прописано, что к 2030 г. доля возобновляемой энергетики в энергетическом балансе страны должна достигнуть 20%.
Три проблемы
О космической солнечной электростанции говорилось еще в рассказе Айзека Азимова "Логика" 1941 года. Технически все обосновал в 1968 году американский инженер Питер Глейзер. С тех пор разные варианты постоянно обсуждают в научных кругах, в США и ЕС ведутся фундаментальные исследования в этом направлении, но стоимость разработки технологий, доставки груза на орбиту, сборки и эксплуатации слишком велика. Япония и Китай уже озвучили даты запуска и мощность первых опытных установок на орбите.
Ученым и инженерам предстоит решить три сложных, но, в принципе, посильных задачи:
Первая — как собрать на орбите установку из фотопреобразователей большой площади.
Ученые из Калтеха (США) предлагают монтировать станцию из плоских модулей размерами 60 на 60 метров каждый. Получится конструкция три на три километра.
Модули — из ультралегких мембраноподобных фотоэлементов, слои-преобразователи которых конвертируют солнечную энергию в микроволны частотой десять гигагерц для накачки излучателя. Их необходимо автоматически позиционировать, чтобы эффективнее собирать солнечное излучение. Кроме того, станция должна маневрировать на орбите, значит, вес конструкции увеличится за счет ракетного топлива.
Вторая проблема — передача энергии на Землю. Обычные фотоэлементы преобразуют свет в электричество. Если их использовать для орбитальной электростанции, придется конвертировать ток в микроволны, СВЧ-волны или обратно в оптические волны для зарядки лазера, чтобы осуществить беспроводную передачу в вакууме и атмосфере.
Мощный луч с орбиты направляется на ректенну — приемник, преобразующий микроволновое излучение в электричество, которое далее подается в сеть. Конечно, необходимо придумать, как сфокусировать и удержать луч на большом расстоянии, как снизить потери энергии в атмосфере при ее ионизации.
Наконец, предстоит обеспечить безопасность передачи энергии. Дело в том, что лазерный и микроволновый луч представляют собой грозное оружие, способное вызвать большие разрушения и жертвы на Земле. Чтобы он попал в приемную антенну, нужно либо увеличить ее размеры до нескольких километров, либо разработать систему высокоточного наведения.
Концепция солнечной электростанции
Азиатский эксперимент
В Китае давно ведутся работы над космической солнечной станцией, поскольку страна испытывает энергетические проблемы. Двадцать лет назад ученые полагали, что проект удастся реализовать в начале столетия, а через несколько десятилетий можно будет приступать к монтажу подобной установки на Луне. В качестве первого шага рассматривались электростанции в виде орбитальных спутников.
Как сообщает научное сообщество Китая, в районе Бишань города Чунцин стартует начальный этап отработки технологий космической электростанции. Ученые попробуют трансформировать электроэнергию в микроволновое излучение и передать с платформы, поднятой на высоту до трехсот метров аэростатом.
В 2021-2025 годах планируется построить небольшую орбитальную электростанцию, а затем — крупную или целую группировку станций. Каждый квадратный метр такой установки будет генерировать 10-14 киловатт электроэнергии. Для сравнения: солнечные батареи на северо-западе Китая дают 0,4 киловатта на квадратный метр.
Солнечная электростанция
Оценили 12 человек
25 кармы