Một dự án sản xuất năng lượng mặt trời không gian đã bắt đầu. Liệu tham vọng mang năng lượng sạch từ bầu trời của châu Âu có thành hiện thực?
Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA) đã bắt tay vào thực hiện dự án lắp đặt các tấm pin mặt trời ngoài không gian để tạo ra điện và cung cấp năng lượng sạch cho trái đất. Nếu thành hiện thực, nó có thể đóng một vai trò trong việc đạt được mục tiêu của Liên minh Châu Âu về lượng khí thải carbon bằng không vào năm 2050.
Cho dù bạn đặt tấm pin mặt trời ở sa mạc, bãi đậu xe, con kênh hay thậm chí thả nổi trên mặt hồ đầy nắng, nó sẽ thỉnh thoảng bị mây cuốn vào. Và mặt trời luôn lặn. Nhưng điều đó không sao, theo Cơ quan Vũ trụ Châu Âu (ESA). Đó chỉ là vấn đề lắp đặt các tấm pin mặt trời trong không gian.
ESA gần đây đã công bố một chương trình thử nghiệm có tên là "Solaris." Mục đích của chương trình là xác định xem liệu việc phóng một nhà máy điện mặt trời lên quỹ đạo không gian có khả thi về mặt kỹ thuật và kinh tế hay không và sử dụng nó để tạo ra điện rồi gửi trở lại Trái đất.
.jpg)
Nếu ý tưởng này thành hiện thực, vào những năm 2030, Solaris có thể có một nhà máy điện mặt trời trong không gian hoạt động liên tục và từ đó cung cấp điện cho Trái đất. Cuối cùng, nguồn cung cấp có thể chiếm 10-15% mức sử dụng năng lượng của Châu Âu, giúp đạt được mục tiêu của Liên minh Châu Âu về lượng khí thải carbon ròng bằng không vào năm 2050. Điều đó có thể xảy ra.
"Trong vài thập kỷ qua, chúng tôi chỉ theo dõi biến đổi khí hậu từ không gian. Nhưng liệu không gian có thể làm được gì nhiều hơn để giảm thiểu biến đổi khí hậu hay không," Sanjay, người sẽ lãnh đạo chương trình, Vijendran đặt câu hỏi. Vijendran cũng là người lãnh đạo chương trình sao Hỏa của ESA.
Theo Vijendran, động lực chính đằng sau dự án Solaris là nhu cầu cung cấp năng lượng sạch liên tục. Không giống như nhiên liệu hóa thạch và năng lượng hạt nhân, năng lượng mặt trời và gió có thể không liên tục. Ngay cả các nhà máy điện mặt trời ở những khu vực có nhiều giờ nắng cũng không hoạt động. Cho đến khi công nghệ pin được cải thiện, sẽ rất khó để lưu trữ một lượng lớn năng lượng tái tạo.
Ngược lại, việc lắp đặt năng lượng mặt trời trong không gian dự kiến sẽ hoạt động hơn 99% thời gian (khoảng 1% thời gian, khi Trái đất được định vị chính xác giữa mặt trời và nhà máy), Vijendran nói (khi ánh sáng mặt trời bị chặn).
Khả năng cạnh tranh ngày càng tăng của sản xuất năng lượng mặt trời không gian
Tại thời điểm này, Solaris được coi là "sơ bộ" (nhân tiện, không liên quan đến cuốn tiểu thuyết cùng tên của tác giả khoa học viễn tưởng Stanislaw Lem). Nói cách khác, ESA đã hoàn thành các nghiên cứu thử nghiệm, nhưng vẫn chưa sẵn sàng để phát triển toàn diện. Trong tương lai, ESA sẽ thiết kế một bản trình diễn khi công nghệ này được đưa vào quỹ đạo trong không gian, phóng nó vào năm 2030, phát triển một cơ sở sản xuất năng lượng mặt trời không gian quy mô nhỏ vào giữa những năm 30, sau đó mở rộng quy mô của cơ sở. Chúng ta cần phải mở rộng đáng kể.
Hiện tại, các nhà nghiên cứu của ESA có kế hoạch bắt đầu bằng việc điều tra những gì cần thiết để lắp ráp bằng rô-bốt các mô-đun quang điện quy mô lớn trên quỹ đạo địa tĩnh, chẳng hạn, ở độ cao khoảng 22.000 dặm. Trong quỹ đạo địa tĩnh, cơ sở dường như luôn ở cùng một vị trí khi nhìn từ mặt đất, bất kể sự quay của trái đất.
Đến năm 2025, Vijendrans của ESA sẽ phải quyết định liệu năng lượng mặt trời trong không gian có khả thi về mặt kinh tế cho dự án hay không. Khái niệm này đã được NASA và Bộ Năng lượng Hoa Kỳ khám phá vào những năm 1970 và 1980, nhưng đã bị gác lại do những thách thức về chi phí và kỹ thuật.
Tuy nhiên, mọi thứ đã thay đổi rất nhiều kể từ đó. Chi phí phóng đang giảm, phần lớn nhờ vào các tên lửa có thể tái sử dụng. Vệ tinh đã trở nên rẻ và được sản xuất hàng loạt. Các tấm năng lượng mặt trời, chuyển đổi ánh sáng mặt trời thành điện, cũng đang trở nên rẻ hơn. Tất cả những điều này làm cho năng lượng mặt trời trong không gian thậm chí còn cạnh tranh hơn với các nguồn năng lượng trên mặt đất.
Trình diễn công nghệ bắt đầu
Tuy nhiên, có một trở ngại khác. Làm thế nào năng lượng được tạo ra sẽ đến được với lưới điện mặt đất?
Sử dụng chùm tia laze là một cách, nhưng chùm tia này có thể bị mây che khuất. Thay vào đó, người Vijendrans nghĩ rằng việc chuyển đổi điện năng thành vi sóng và truyền nó có thể hoạt động.
Sóng vi ba di chuyển trơn tru trong khí quyển mà không mất nhiều năng lượng. Mặt khác, các tia vi sóng phát triển lớn hơn khi khoảng cách tăng lên. Vì máy phát được lắp đặt ngoài vũ trụ ở độ cao rất lớn so với bề mặt trái đất nên một trạm thu quy mô cực lớn sẽ được xây dựng trên mặt đất.
Kích thước có khả năng vượt quá 1 km vuông và kích thước của nó khiến nó trở nên đắt đỏ. Các nhà máy điện quỹ đạo không gian cũng sẽ rất lớn, có khả năng nặng hàng nghìn tấn cộng lại. Cái này lớn hơn nhiều so với Trạm vũ trụ quốc tế. Vijendran nói: “Đó sẽ là cấu trúc lớn nhất mà nhân loại từng đưa vào quỹ đạo.
Nhưng các nhà nghiên cứu có những thiết kế khác trong tâm trí. Ví dụ, ba hoặc nhiều hệ thống lắp đặt năng lượng mặt trời tương đối nhỏ có thể được triển khai trên quỹ đạo trung bình (trên 2.000 km so với bề mặt Trái đất và lên đến 36.000 km so với bề mặt Trái đất).
Khi được triển khai theo cách này, nó không hoạt động tại một điểm cố định trên bầu trời như quỹ đạo địa tĩnh, nhưng nhiều cơ sở có thể thay phiên nhau tạo ra điện. Mỗi khi một cơ sở quay quanh trái đất và đi ra khỏi phạm vi truyền dẫn, một cơ sở khác sẽ đi vào phạm vi truyền dẫn và tiếp tục gửi năng lượng về trái đất.
Bằng cách này, năng lượng do mặt trời tạo ra có thể được nhận ở nhiều địa điểm trên mặt đất theo cách ít nhiều đồng nhất và có thể dự đoán được. Ngoài ra, các nhà máy điện trên quỹ đạo trung bình sẽ ở gần Trái đất hơn so với trên quỹ đạo địa tĩnh, vì vậy máy thu cũng cần phải tương đối nhỏ, Sergio Pellegrino thuộc Viện Công nghệ California cho biết.
Pellegrino là đồng giám đốc của Dự án năng lượng mặt trời không gian, một dự án bổ sung cho Solaris. Để minh chứng cho công nghệ này, Pellegrino và những người khác đã sửa đổi vệ tinh nhân tạo "Vigoride" do công ty vận tải vũ trụ Momentus chế tạo và phóng thành công vào ngày 3 tháng 1 năm 2011.
Trình diễn này được trang bị ba thiết bị thử nghiệm. Đầu tiên, "ALBA" sẽ được trang bị 32 loại tấm pin năng lượng mặt trời để kiểm tra xem loại nào hoạt động hiệu quả trong không gian. Tiếp theo, "MAPLE" sẽ thử nghiệm truyền năng lượng không dây bằng vi sóng. Sau đó, DOLCE sẽ thử nghiệm việc triển khai các cấu trúc nhẹ để gắn các tấm pin mặt trời và thiết bị truyền dẫn.
"[Trong tương lai] chúng tôi sẽ đặt tất cả những thứ này lại với nhau và phóng chúng vào không gian để tạo thành một chòm sao. Tôi dự đoán," Pellegrino nói. Người ta ước tính rằng thiết kế này có thể tạo ra điện ở mức 0,1 đô la (khoảng 13 yên)/kWh.
những người làm việc trên thiết bị Dolce
Các nhà nghiên cứu cài đặt DOLCE, một thiết bị thử nghiệm tại Viện Công nghệ California
Nỗ lực sản xuất năng lượng mặt trời không gian đang tăng tốc trên khắp thế giới
Các nhóm khác đang đạt được tiến bộ trong năng lượng mặt trời không gian, bao gồm Sáng kiến Năng lượng Không gian (SEI) có trụ sở tại London.
Phổ biến nhất
Trang trại thẳng đứng trong nhà với các tầng rau xanh phát triển dưới ánh sáng rực rỡ
Lý do tại sao rau trồng theo phương pháp canh tác thẳng đứng không có trên bàn ăn của chúng ta
BỞI MATT REYNOLDS
"Gold" "MoonSwatch" chỉ bán trong một ngày, "sự khiêu khích tích cực" do Swatch đặt ra
BỞI TIM BARBER
Minh họa trình duyệt web trừu tượng, ký hiệu lập trình và dấu cộng
Ngôn ngữ lập trình "Rust" sẽ nâng cao mức độ bảo mật của thế giới?
THEO LILY HAY NEWMAN
Là sự hợp tác giữa chính phủ Vương quốc Anh, các nhà nghiên cứu và ngành công nghiệp, SEI đã được ra mắt sau một báo cáo năm 2021 của công ty tư vấn Vương quốc Anh Frazer-Nash khuyến khích nghiên cứu thêm về năng lượng mặt trời trong không gian. “Chúng tôi nhận ra rằng nếu không có sự hỗ trợ mạnh mẽ từ ngành công nghiệp, đặc biệt là ngành năng lượng, chính phủ Vương quốc Anh sẽ khó theo đuổi một khái niệm đầy tham vọng như vậy,” Đồng Chủ tịch SEI Martin Salto nói.
Solto và những người khác đang phát triển một khái niệm vệ tinh có tên là CASSIOPeiA. Bộ tập trung được thiết kế sao cho nó luôn hướng về phía mặt trời và nó có đặc điểm là có thể thích ứng với quỹ đạo hình elip gần trái đất hơn quỹ đạo hình tròn.
Trousseau cho biết, sử dụng bốn hoặc năm vệ tinh nhỏ trong cấu hình như vậy có thể cung cấp năng lượng với chi phí thấp hơn so với một tổ hợp lớn ở độ cao lớn. Ngoài ra, SEI đang làm việc để tăng nguồn tài trợ từ bên ngoài chính phủ Vương quốc Anh và đang thảo luận với các đối tác quốc tế tiềm năng như Ả Rập Saudi.
Có những tổ chức khác cũng đang nghiên cứu phát triển năng lượng mặt trời không gian. Ví dụ: Northrop Grumman và Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Lực lượng Không quân Hoa Kỳ đã hợp tác để nghiên cứu các ứng dụng quân sự tiềm năng. Cơ quan Thám hiểm Hàng không vũ trụ Nhật Bản (JAXA) cũng đang nghiên cứu và phát triển các hệ thống phát điện bằng năng lượng mặt trời trong không gian. Trung Quốc cũng đang làm như vậy, lên kế hoạch thử nghiệm sử dụng trạm vũ trụ mới của mình, Tiangong.
Gần với hiện thực hơn là phát điện tổng hợp hạt nhân?
Mặt khác, việc triển khai một khối cấu trúc như vậy vào quỹ đạo trong không gian đặt ra nhiều câu hỏi và mối quan tâm.
Space X do Elon Mask lãnh đạo đã xây dựng mạng liên lạc Internet bằng chòm sao vệ tinh "Starlink"Giống như một số lượng lớn vệ tinh liên lạc được phóng cho dự án, các nhà thiên văn học thay đổi diện mạo của bầu trời đêm tùy thuộc vào ánh sáng phản xạ bởi vệ tinh mà tôi nhận thấy. bắt đầu. Ánh sáng như vậy có thể gây ra các vấn đề trong chụp ảnh thiên văn và thay đổi cách nhìn các chòm sao từ mặt đất.
Các kỹ sư làm việc về năng lượng mặt trời trong không gian cho biết các tấm pin mặt trời được thiết kế để "hấp thụ" ánh sáng mặt trời. Nếu nó phản chiếu ánh sáng mặt trời, điều đó có nghĩa là nó được thiết kế kém.
Cũng có những lo ngại về việc sử dụng ánh sáng vi sóng. Một số quốc gia đang nghiên cứu tia laser năng lượng định hướng làm vũ khí chống lại tàu vũ trụ. Mặc dù các tia sáng yếu cần thiết để tạo ra năng lượng mặt trời trong không gian không gây hại cho người hoặc vật thể, nhưng thiết bị phát điện cần một dải tần số chuyên dụng nhất định để không gây nhiễu tần số cho các vệ tinh và kính viễn vọng vô tuyến khác. Một vị trí quỹ đạo duy nhất cũng có thể cần thiết để quản lý lưu lượng không gian và tránh va chạm.
Nhưng nếu năng lượng mặt trời trong không gian thành công, và trong vài thập kỷ nữa, các tấm pin mặt trời có thể quay quanh quỹ đạo và cung cấp hàng gigawatt năng lượng cho mặt đất, thì lợi ích có thể rất đáng kể. Nó có thể là một phần của giải pháp biến đổi khí hậu bổ sung cho các năng lượng sạch khác.
Năng lượng mặt trời trong không gian gần trở thành hiện thực hơn nhiều so với quá trình công nghiệp hóa năng lượng nhiệt hạch. Pellegrino của Caltech cho biết các công nghệ liên quan đã đủ trưởng thành để chuyển từ giai đoạn lý thuyết sang chế tạo và thử nghiệm thiết bị. “Đây là một lĩnh vực có cơ hội và tiềm năng to lớn.”
(WIRED US/Bản dịch của Yumi Muramatsu/Chỉnh sửa bởi Daisuke Takimoto)
