Это какой-то космос: как добыть солнечную энергию из Вселенной
Человечеству стало мало батарей с фотоэлементами на Земле. Прогрессивные инвесторы смотрят выше — в космос. Смогут ли спутники для «ловли» солнечных лучей в космическом пространстве поставлять энергию на Землю и что может быть не так с этим планом?
Как поймать лучи в космосе
Как известно, Солнце — источник чистой, непрерывной, а главное, бесплатной энергии. Однако капризы погоды и низкая эффективность солнечных батарей заставляют людей изобретать технологии, позволяющие извлекать энергию ночью или в дождливый день. Ученые и инженеры давно обратили взгляд в небо, точнее, за пределы земной атмосферы. Ведь именно в космосе солнечная энергия постоянна, не привязана к циклу день/ночь и не зависит от погодных условий. Так что такое космическая солнечная энергия — новая авантюра или проект с будущим?
С 1970-х люди пытаются разработать технологии по передаче энергии из космоса на Землю, но только недавно эта фантазия стала обретать реальные черты. Правда, технология работает пока в теории. Предполагается, что огромный спутник или другое устройство с солнечными батареями «на борту» улавливает свет высоко над Землей и преобразует его в микроволновые лучи. Затем они передаются по воздуху на приемную станцию на планете, где «заземляются», преобразовываясь обратно в электричество. А дальше — дело за малым: передать ток в сеть.
Кто в «клубе»
Не так давно крупнейший в мире производитель оборудования для солнечной энергетики, китайская компания NGi Green Energy объявила о планах запустить солнечные панели в космос. Цель — проверить, смогут ли они эффективно работать на орбите и передавать энергию на Землю по беспроводной связи.
Проект назвали «Космическая лаборатория». Сейчас прототипы панелей активно тестируют в аналогичных условиях на Земле. В июне китайские ученые из Университета Сидянь отчитались об успешном испытании такой модели, которая может передавать солнечную энергию из космоса прямиком на нашу планету. Пока китайская «наземная» модель умеет посылать энергию по воздуху только на расстояние 55 м, но исследователи надеются, что однажды им удастся выйти на другие масштабы.
В Европе, к слову, тоже не отстают от космической солнечной гонки. Оно и понятно: углеродная нейтральность в ЕС по-прежнему ставится во главу угла. Генеральный директор Европейского космического агентства Йозеф Ашбахер предложил свой проект с говорящим названием Solaris. Цель — передавать солнечную энергию из космоса с помощью микроволн или мощных лазеров со спутника.
В консалтинговой компании Frazer-Nash подсчитали, что приблизительные инвестиции в исследования и разработку прототипа (!) такого евроспутника могут составить 15,8 млрд евро. Первый спутник можно будет построить примерно за 9,8 млрд евро, а его эксплуатация обойдется в не менее круглую сумму — порядка 3,5 млрд евро. А ведь таких спутников потребуется около 50. Правда, есть и позитивные новости: при общей стоимости в 418 млрд евро проект сэкономит свыше 600 млрд от производства энергии на Земле. Наконец, со временем затраты на создание и эксплуатацию спутников будут сокращаться — во всяком случае, на это рассчитывают авторы финансового анализа.
По данным другой консалтинговой компании Roland Berger, спутник просто не может быть миниатюрным. Его минимальная площадь составит около 15 кв. км, а весить он будет около 4500 тонн. Но и это еще не все: чтобы снизить вес при запуске, спутник придется отправлять в космос частями, а уже на орбите монтировать его. Само собой, для этого потребуются высокотехнологичные роботы, которых тоже придется создать с нуля.
Проект космической солнечной энергетики в США реализуется с 2020 года. Тогда исследовательская лаборатория ВМС США провела испытания солнечного модуля и системы преобразования энергии в космосе. Интерес к космической электростанции проявляют и в Великобритании.
Ее строительство оценивается в 17 млрд фунтов стерлингов. По проекту она должна быть введена в эксплуатацию в 2040 году. Станция будет иметь диаметр 1,7 км и весить в два раза меньше европейской — около 2 тысяч тонн. Наземная антенна будет принимать энергию с расстояния 13 км. Спутник, как ожидается, обеспечит Великобританию 2 ГВт электроэнергии — это меньше 5% от потребности страны в электричестве.
На новый источник энергии замахнулись и в Токио. Японское агентство космических исследований Japan Space Systems планирует к 2025 году презентовать космическую СЭС.
Минусов пока больше
Скептики говорят, что технология «доставки» солнечной энергии из космоса будет настолько дорогой, что в конечном счете станет нерентабельной. Тепловые потери, логистика и сложность развертывания солнечных батарей в космосе попросту убьют все выгоды от проекта, подсчитал физик Кейси Хандмер.
Наконец, к экологии проекта тоже есть вопросы. Известно, что последствием запуска спутников становится выброс большого количества углекислого газа в атмосферу. Кроме того, в космосе панели будут подвержены еще большему износу из-за возможных столкновений с другими телами и воздействия прямых солнечных лучей. Если на Земле их хватает в среднем на 10-15 лет при гарантии на 25-35 лет, что же будет с космическими батареями? Проблему внеатмосферного мусора, которого уже накопилось слишком много, тоже никто не отменял. Добавьте сюда тот факт, что операторы спутников слабо взаимодействуют друг с другом — и вероятность энергетических ЧП в космическом пространстве повысится.
Тем не менее технология может быть полезна для будущих исследований на Луне или Марсе — ведь рано или поздно там встанет вопрос об источниках энергии.