Yakında Uzayda Toplanan Güneş Enerjisinden Enerji Alabiliriz

Plato tarafından yeniden yayınlandı

İzleyiciler: 0

Matteo Ceriotti, Uzay Sistemleri Mühendisliği Kıdemli Öğretim Üyesi, Glasgow Üniversitesi, yazıyor. Konuşma.

Uzay tabanlı güneş enerjisi (SBSP) fikri - güneşten enerji toplamak ve onu Dünya'daki toplama noktalarına "ışınlamak" için uyduları kullanmak - en azından 1960'ların sonlarından beri var. Büyük potansiyeline rağmen konsept, maliyet ve teknolojik engeller nedeniyle yeterli ilgiyi göremedi.

Bu sorunlardan bazıları şimdi çözülebilir mi? Eğer öyleyse, SBSP dünyanın fosil yakıtlardan yeşil enerjiye geçişinin hayati bir parçası olabilir.

Biz zaten güneşten enerji topluyoruz. Genel olarak güneş enerjisi dediğimiz şeyle doğrudan toplanır. Bu, fotovoltaik (PV) ve güneş-termal enerjisi gibi farklı teknolojileri içerir. Güneş enerjisi de dolaylı olarak toplanır: rüzgar enerjisi buna bir örnektir, çünkü esintiler atmosferin güneş tarafından eşit olmayan şekilde ısıtılmasıyla üretilir.

Ancak bu yeşil enerji üretimi biçimlerinin sınırlamaları vardır. Karada çok yer kaplarlar ve ışık ve rüzgar mevcudiyeti ile sınırlıdırlar. Örneğin, güneş çiftlikleri geceleri enerji toplamaz ve kışın ve bulutlu günlerde daha az enerji toplar.

Yörüngedeki PV, gecenin başlamasıyla sınırlı olmayacak. Yer durağan yörüngedeki (GEO) - Dünya'nın yaklaşık 36,000 km üzerinde dairesel bir yörünge - bir uydu, bir yıl boyunca zamanın %99'undan fazlasında Güneş'e maruz kalır. Bu, 24/7 yeşil enerji üretmesini sağlar.

GEO, enerjinin uzay aracından bir enerji toplayıcıya veya yer istasyonuna gönderilmesi gerektiğinde idealdir, çünkü buradaki uydular Dünya'ya göre sabittir. GEO'nun 100 yılına kadar insanlığın tahmini küresel güç taleplerinden 2050 kat daha fazla güneş enerjisi olduğu düşünülüyor.

Uzayda toplanan enerjinin yere aktarılması, kablosuz güç iletimini gerektirir. Bunun için mikrodalgaların kullanılması, bulutlu havalarda bile atmosferde kaybedilen enerjiyi en aza indirir. Uydu tarafından gönderilen mikrodalga ışını, antenlerin elektromanyetik dalgaları tekrar elektriğe dönüştürdüğü yer istasyonuna odaklanacaktır. Yer istasyonunun çapının 5 km veya yüksek enlemlerde daha fazla olması gerekecektir. Ancak bu yine de güneş veya rüzgar kullanarak aynı miktarda enerji üretmek için gereken arazi alanlarından daha küçüktür.

Gelişen kavramlar
1968'de Peter Glaser tarafından ilk konseptten bu yana çok sayıda tasarım önerildi.

SBSP'de enerji birkaç kez dönüştürülür (ışıktan elektriğe, mikrodalgalardan elektriğe) ve bir kısmı ısı olarak kaybolur. Şebekeye 2 gigawatt (GW) güç enjekte etmek için uydu tarafından yaklaşık 10 GW güç toplanması gerekecektir.

CASSIOPeiA adlı yeni bir konsept, iki adet 2 km genişliğinde yönlendirilebilir reflektörden oluşur. Bunlar güneş ışığını bir dizi güneş paneline yansıtır. Yaklaşık 1,700 metre çapındaki bu güç vericileri, yer istasyonuna doğrultulabiliyor. Uydunun 2,000 tonluk bir kütleye sahip olabileceği tahmin ediliyor.

Başka bir mimari olan SPS-ALPHA, CASSIOPeiA'dan farklıdır; güneş kollektörü, her biri bağımsız olarak hareket ettirilebilen, heliostat adı verilen çok sayıda küçük, modüler reflektörden oluşan büyük bir yapıdır. Maliyeti düşürmek için seri üretilirler.

2023'te Caltech'teki bilim adamları, Caltech'e çok az miktarda güç ışınlayan küçük ölçekli bir uydu deneyi olan MAPLE'ı başlattı. MAPLE, teknolojinin Dünya'ya güç sağlamak için kullanılabileceğini kanıtladı.

Dünya

Ulusal ve uluslararası ilgi
SBSP, Birleşik Krallık'ın 2050'ye kadar net sıfır hedefine ulaşmak için çok önemli bir rol oynayabilir, ancak hükümetin mevcut stratejisi bunu içermiyor. Bağımsız bir çalışma, SBSP'nin 10 yılına kadar 2050 GW'a kadar elektrik üretebileceğini buldu; bu, İngiltere'nin mevcut talebinin dörtte biri. SBSP, güvenli ve istikrarlı bir enerji kaynağı sağlar.

Aynı zamanda ülke genelinde 143,000 istihdamla milyarlarca poundluk bir endüstri yaratacak. Avrupa Uzay Ajansı şu anda SOLARIS girişimi ile SBSP'nin uygulanabilirliğini değerlendiriyor. Bunu, 2025 yılına kadar teknoloji için tam bir geliştirme planı izleyebilir.

Diğer ülkeler yakın zamanda 2025 yılına kadar Dünya'ya güç ışınlama niyetini açıkladılar ve önümüzdeki yirmi yıl içinde daha büyük sistemlere geçtiler.

Büyük bir uydu
Teknoloji hazırsa SBSP neden kullanılmıyor? Ana sınır, uzaya fırlatılması gereken muazzam kütle miktarı ve bunun kilogram başına maliyetidir. SpaceX ve Blue Origin gibi şirketler, bu araçların parçalarını uçtuktan sonra yeniden kullanmaya odaklanarak ağır kaldırma araçları geliştiriyorlar. Bu, girişimin maliyetini% 90 oranında azaltabilir.

SpaceX'in alçak Dünya yörüngesine 150 ton kargo fırlatabilen Starship aracını kullansa bile, SBSP uydusu yüzlerce fırlatma gerektirecektir. Uzun mesafelere yayılmak üzere tasarlanmış yapısal elemanlar olan uzun yapısal kirişler gibi bazı bileşenler, uzayda 3 boyutlu olarak basılabilir.

Zorluklar ve riskler
Bir SBSP görevi zorlu olacaktır ve risklerin hala tam olarak değerlendirilmesi gerekmektedir. Üretilen elektrik tamamen yeşil olsa da, yüzlerce ağır kaldırma fırlatma rampasından kaynaklanan kirliliğin etkisini tahmin etmek zordur.

Ek olarak, uzayda böylesine büyük bir yapıyı kontrol etmek, bazen çok zehirli kimyasallarla çalışan mühendisleri içeren önemli miktarda yakıt gerektirecektir. Fotovoltaik güneş panelleri bozulmadan etkilenecek ve zaman içinde verimliliği yılda %1'den %10'a düşürecektir. Ancak servis ve yakıt ikmali, uydunun ömrünü neredeyse sonsuza kadar uzatmak için kullanılabilir.

Yere ulaşacak kadar güçlü bir mikrodalga ışını da yoluna çıkan her şeye zarar verebilir. O halde güvenlik için ışının güç yoğunluğunun sınırlandırılması gerekecektir.

Uzayda bunun gibi platformlar inşa etmenin zorluğu göz korkutucu görünebilir, ancak uzaya dayalı güneş enerjisi teknolojik olarak mümkün. Ekonomik olarak uygulanabilir olması için, büyük ölçekli mühendislik ve dolayısıyla hükümetler ve uzay ajanslarının uzun vadeli ve kararlı taahhüdünü gerektirir.

Ancak tüm bunlar yerine getirildiğinde, SBSP uzaydan sürdürülebilir, temiz enerji ile 2050 yılına kadar net sıfır sağlanmasına temel bir katkı sağlayabilir.

Bu makale aslında Konuşma.