Коммерческая реализация получения солнечной энергии на орбите
21 век
2050
Постоянное повышение технической оснащенности цивилизации способствовало росту спроса на энергию. Ко второй четверти 21 века энергетический вопрос стоял достаточно остро, поэтому лучшие инженеры мира думали над тем, как реализовать альтернативную программу по повышению эффективности применения солнечной энергии.
Действительно, солнечная энергия для различных целей неограниченна. Энергия генерируется солнцем независимо от того, улавливаем мы ее и используем или нет. С каждой секундой солнце высвобождает больше энергии, чем мы, как вид, использовали за всю свою историю. Но, несмотря на то, что Солнце всегда было неисчерпаемым источником света и энергии, пока его лучи прорываются через земную атмосферу, мы теряем до 36% потенциальной энергии.
К 2030-м годам сложилась острая экоклиматическая ситуация, при которой роль парникового эффекта, по мнению авторитетных климатологов, недооценивалась наполовину. Одна из причин осуществления мечты о возвращении солнечной энергии на Землю заключалась в том, что это могло помочь уменьшить глобальное потепление. Производство солнечной энергии не выделяет углекислый газ, и не наносит вред окружающей среде по сравнению с тепловой энергией. При этом энергия, передаваемая на Землю, в конечном счёте, переходит в тепло.
Если поместить солнечные батареи на орбите, на постоянно освещаемом участке, это решение позволит получить цивилизации колоссальные объемы энергии. Стоимость спутника космической солнечной энергетики является альтернативой постройки 20-30 солнечных тепловых электростанций на Земле. Таким образом, драгоценное время и невосполнимый экологический ресурс стоят тех немалых денег, чтобы построить космические электростанции. Идея лежала на поверхности, но для ее реализации требовались нетривиальные технические решения. Над решением этого вопроса работы велись в ведущих лабораториях мира.
Одна из основных технологических проблем заключалась в том, как именно передавать энергию с орбиты на Землю. Понятно, что протягивание проводов - не лучшая идея. Одно из предпочтительных решений - преобразовать энергию в лазерный луч, который будет поступать в приемники на земной поверхности.
Еще одна проблема - целесообразность экономических затрат. Для доставки 80 тонн компонентов космической электростанции потребуется несколько миллиардов долларов. Окупится ли этот проект, ведь солнечная энергия по стоимости не должна превышать уже существующие источники электричества. Расчеты показывали, что первоначально, до снижения издержек, производство энергии в космосе обошлось бы примерно в 2,5 раза дороже по сравнению с затратами на получение тепловой или ядерной энергии. Частная компания подобные траты банально не "потянет", программа будет иметь право на жизнь лишь в том случае, если ее будет финансировать несколько ведущих стран.
Кроме того, необходимы было найти технологические решения по защите объемных солнечных панелей, поскольку огромные размеры делают их очень уязвимыми для летящего вокруг космического мусора. Выскотехнологичный композитный материал, на основе саморемонтирующихся нанопанелей был разработан прежде, чем такая концепция космической электростанции стала действительно жизнеспособной.
Все эти сложности достаточно существенны, но они не мешали ученым продолжать заниматься разработками. Цель в данном случае действительно оправдывала средства: человечество откроет для себя неисчерпаемый источник "бесплатной" и экологически безопасной энергии, объемы которой не будут зависеть от времени суток, погоды и форс-мажорных факторов.
Прогрессом в реализации космической солнечной электростанции явилось повышение КПД (до 85 %) фотоэлектрических элементов на основе высокотехнологичных наноантенн, напрямую преобразующих электромагнитную энергию светового излучения в электрический ток. Экономические перспективы проекта на основе наноантенн были обусловлены их потенциально более низкой стоимостью. Это решения способствовали тому, что производство солнечной энергии в космосе постепенно приблизилось по уровню затрат к получению тепловой или ядерной энергии на Земле.
Первой вехой в практической реализации проекта оказалась экспериментальная орбитальная электростанция. Станция была выведена на геостационарную орбиту почти на 36 000 км от поверхности земли, туда, где она будет вращаться вместе с планетой над постоянным местом на поверхности. Там вне земной атмосферы батареи заработали все 24 часа в сутки без минимального простоя.
В рамках прототипа проекта постоянный ток преобразовывался на орбитальной станции и передавался пучком радиоволн на Землю. С обратной стороны солнечных панелей располагалась особая система, генерирующая электрический ток в радиоволны. На земной поверхности эти лучи захватывала ректенна и преобразовывала обратно в постоянный электрический ток.
Конечно, в процессе преобразования и передачи часть энергии вынужденно терялась, но зато у человечества появился новый источник электрического тока, позволивший решить большую часть назревающих энергетических проблем.
Реализация экспериментальной солнечной электростанции на Земной орбите положила начало технологической гонке и явилась катализатором для дальнейших разработок ведущих космических держав. Успех одного из подобных проектов привлек внимание инвесторов и позволил развиваться космической энергетической отрасли промышленности в конце 21-го и в 22-м веке. Орбитальные солнечные электростанции были запущены на орбитах вокруг Луны и Марса, оказывая значительную энергетическую поддержку пилотируемым базам в реализации межпланетных космических программ.
На протяжении почти всего третьего тысячелетия космическая энергия продолжала возвращаться на Землю, Марс и другие освоенные цивилизацией планетарные объекты, увеличивая долю собираемой лучистой энергии, высвобождаемой светилом. Успешная реализация проекта проложила путь к перспективам построения в Солнечной системы астроинженерных сооружений и проектов, наподобие сфер Дайсона ,максимально возможно использующих энергию центральной звезды.
Высший разум рекомендует
Комментарии (0)