Солнечная электростанция в космосе: как это будет работать и какие преимущества принесет

Солнечная энергия из космоса — одна из технологий, включенных в правительственный портфель инноваций Net Zero. Но как будет работать солнечная электростанция в космосе? Каковы преимущества и недостатки этой технологии?

Космическая солнечная энергетика предполагает сбор солнечной энергии в космосе и передачу ее на Землю. Сама идея не новая, но последние технологические достижения сделали эту перспективу более достижимой.

Космическая солнечная энергетическая система включает в себя спутник солнечной энергии — огромный космический корабль, оснащенный солнечными панелями. Эти панели генерируют электричество, которое затем по беспроводной связи передается на Землю с помощью высокочастотных радиоволн. Наземная антенна (ректена) используется для преобразования радиоволн в электричество, которое затем передается в энергосистему.

Космическая солнечная электростанция на орбите освещается Солнцем 24 часа в сутки и поэтому может непрерывно вырабатывать электроэнергию. Это представляет собой преимущество перед наземными солнечными энергетическими системами, которые могут производить электроэнергию только в течение дня и зависят от погоды.

Поскольку мировой спрос на энергию, по прогнозам, к 2050 году вырастет почти на 50%, космическая солнечная энергия может сыграть ключевую роль в удовлетворении растущего спроса в мировом энергетическом секторе и решении проблемы глобального повышения температуры.

Некоторые проблемы

Космическая солнечная электростанция основана на модульной конструкции, где большое количество солнечных модулей собирается роботами на орбите. Транспортировка всех этих элементов в космос сложна, затратна и нанесет ущерб окружающей среде.

Вес солнечных панелей был определен как одна из первых проблем, решенная за счет разработки сверхлегких солнечных элементов (солнечная панель состоит из солнечных элементов меньшего размера).

Космическая солнечная энергия считается технически осуществимой прежде всего благодаря достижениям в ключевых технологиях, включая легкие солнечные элементы, беспроводную передачу энергии и космическую робототехнику.

Важно отметить, что для сборки даже одной космической солнечной электростанции потребуется много запусков космических челноков. Хотя космическая солнечная энергия предназначена для сокращения выбросов углерода в долгосрочной перспективе, существуют значительные выбросы, связанные с космическими запусками, а также затраты.

Космические шаттлы в настоящее время нельзя использовать повторно, хотя Space X работает над изменением этого положения. Возможность повторного использования систем запуска значительно снизит общую стоимость космической солнечной энергии.

Если удастся успешно построить космическую солнечную электростанцию, ее эксплуатация также столкнется с рядом практических проблем. Солнечные батареи могут быть повреждены космическим мусором. Кроме того, панели в космосе не защищены атмосферой Земли. Воздействие более интенсивного солнечного излучения означает, что они будут деградировать быстрее, чем на Земле, что снизит мощность, которую они могут генерировать.

Еще одним вопросом является эффективность беспроводной передачи энергии. Передача энергии на большие расстояния (в данном случае от солнечного спутника в космосе на землю) затруднена. Согласно современным технологиям, лишь малая часть собранной солнечной энергии достигнет Земли.

Пилотные проекты уже запущены

В рамках проекта Space Solar Power Project в США разрабатываются высокоэффективные солнечные элементы, а также система преобразования и передачи, оптимизированная для использования в космосе. Исследовательская лаборатория ВМС США провела испытания солнечного модуля и системы преобразования энергии в космосе в 2020 году. Китай объявил о прогрессе на своей космической солнечной электростанции Бишань с целью создания работающей системы к 2035 году.

Согласно недавнему отчету Frazer-Nash Consultancy, в Великобритании разработка космической солнечной энергетики стоимостью 17 миллиардов фунтов стерлингов считается жизнеспособной концепцией. Ожидается, что проект начнется с небольших испытаний, которые приведут к запуску солнечной электростанции в 2040 году.

Спутник на солнечной энергии будет диаметром 1,7 км и весить около 2000 тонн. Наземная антенна будет занимает много места — примерно 6,7 км на 13 км. Учитывая использование земли по всей Великобритании, она, скорее всего, будет размещена в оффшорной зоне.

Этот спутник будет поставлять 2 ГВт электроэнергии в Великобританию. Хотя это значительное количество энергии, но небольшой вклад в генерирующую мощность Великобритании, которая составляет около 76 ГВт.

Учитывая чрезвычайно высокие первоначальные затраты и медленную окупаемость инвестиций, для реализации проекта потребуются значительные государственные ресурсы, а также инвестиции частных компаний.

Но по мере развития технологий стоимость космического запуска и производства будет неуклонно снижаться. А масштаб проекта позволит наладить массовое производство, что должно несколько снизить стоимость.

Сможет ли космическая солнечная энергия помочь достичь нуля к 2050 году еще неизвестно. Другие технологии, такие как разнообразное и гибкое хранение энергии, водород и развитие систем возобновляемой энергии, лучше изучены и могут быть более легко применимы.

Несмотря на проблемы, космическая солнечная энергия является предшественником захватывающих возможностей для исследований и разработок. В будущем эта технология будет играть важную роль в глобальном энергоснабжении.