Няма да има нужда от нефт и газ: Япония през 2025 година ще изведе в орбита първия прототип на слънчева електроцентрала

Япония и JAXA, космическата агенция на страната, от десетилетия се опитват да направят възможно използването на слънчевата енергия от космоса. През 2015 г. страната направи пробив, когато учени от JAXA успешно изпратиха 1,8 киловатчаса енергия. Тя бе достатъчна за захранване на електрическа кана, на повече от 50 метра до безжичен приемник. Сега Япония е готова да доближи технологията с още една стъпка до реалността.

Япония планира до 2025 г. да изведе в ниска околоземна орбита слънчева електроцентрала, която да прехвърля енергия към Земята. Първият демонстрационен прототип ще тежи около 180 кг и ще пренася около 1 киловатчас енергия. Тя е достатъчна за захранване на домакински уреди. Това е първата стъпка към едно много по-мащабно производство, чиято цел е да се намали значително зависимостта от изкопаемите горива.

Въпреки че слънчевата енергия се използва от 70-те години на миналия век, широкото ѝ разпространение остава ограничено поради технически и логистични предизвикателства. Сред тях са например липсата на подходящи места за инсталиране на фотоволтаични панели. Както и влошаването на състоянието на инсталациите с течение на времето и зависимостта от метеорологичните условия и цикъла ден-нощ. Потребителите все още са принудени да се обръщат към изкопаемите горива, за да компенсират липсата на производство.

Космическата слънчева енергия, предложена за първи път от Питър Глейзър, бивш инженер на мисията „Аполо“, може да помогне за преодоляването на тези ограничения. За разлика от повечето земни технологии за зелена енергия, космическите слънчеви електроцентрали биха могли да произвеждат енергия денонощно. Те са независими от метеорологичните условия и по-малко зависими от цикъла ден/нощ (в зависимост от типа орбитално разположение).

Въпреки това производството на слънчева енергия от космоса обикновено се счита за непрактично и твърде скъпо. То изисква огромна инфраструктура в орбита и десетки ракети за транспортирането ѝ. Но изследователите от Japan Space Systems смятат, че неотдавнашният напредък в космическите и слънчевите технологии може да промени всичко това. Да не говорим за спешната необходимост от декарбонизация на световните енергийни доставки.

Спорното съотношение разходи-ползи

Разработеното в рамките на проекта Ohisama устройство от Japan Space Systems представлява малък сателит с тегло 180 килограма, който ще се върти на височина 400 километра. Той ще бъде оборудван с фотоволтаичен панел с площ 2 квадратни метра, който ще зарежда вградената батерия. Съхранената енергия ще се преобразува в микровълни и ще се изпраща към приемна антена на Земята. Тъй като сателитът ще се движи с висока скорост (28 000 км/ч), елементите на приемната антена ще бъдат разположени на общо растояние 40 км. Като дистанцията между тях ще бъде 5 км.

Важно е обаче да се отбележи, че това е само демонстрационен прототип. Той ще може да предава само един киловатчас енергия, която е достатъчна за захранване на малка съдомиялна машина или чайник. При това само за един час.

„Освен това прехвърлянето на енергия ще отнеме само няколко минути, но след като батерията се изтощи, ще са необходими дни, за да се презареди“,

поясни Коичи Иджичи, консултант в Japan Space Systems.

Той каза това при представянето на пътната карта на проекта на Международната конференция за космическа енергия в Лондон.

Изследователите вече са провели първоначалната демонстрация на безжичното прехвърляне на слънчевата енергия към стационарен източник на земята. А през декември тази година те планират да осъществят преноса чрез самолет, като инсталират слънчев панел, идентичен с този, с който ще бъде оборудван сателитът. Самолетът ще предава енергия на разстояние от 5 до 7 километра спрямо приемната антена на земята.

Освен това, според разработчиците, напредъкът в областта на фотоволтаичните клетки (напр. гъвкавите соларни клетки) ще даде възможност технологията да бъде увеличена до търговски приложим мащаб. В съответствие с тази концепция правителственият проект планира изстрелването на сателити, оборудвани с гигантски слънчеви панели с площ от 2 кв. км, които ще могат да генерират 10 пъти повече енергия от панелите на земята. По този начин всеки сателит ще може да произвежда енергия, равна на дневната мощност на атомна електроцентрала всеки месец.

Истинският потенциал на космическата слънчева енергия обаче остава предмет на дискусия. Според неотдавнашен доклад на НАСА инвестициите, необходими за изграждането и изстрелването на космически електроцентрали, са твърде високи в сравнение с количеството произведена енергия. Това поставя под въпрос тяхната рентабилност. Като се имат предвид капиталовложенията, цената на произведената енергия може да бъде около 0,61 долара за киловатчас, в сравнение с 0,5 долара за наземната слънчева енергия. От друга страна, въглеродните емисии, отделяни от ракетите, необходими за изстрелването им, ги правят далеч по-малко екологични, отколкото може да се предположи. Всъщност, за да се изведе в орбита електроцентрала, способна да произведе един гигаватчас електроенергия, са необходими 68 космически кораба.

Характерна особеност на използваната японска технология е, че за нея облаците и мъглите не са проблем – това вече е решено. Напълно е възможно Япония да разположи набор от орбитални слънчеви масиви-електроцентрали и тотално да спре да зависи от чуждите нефт и газ. Но изчисленията показват, че производството на масив, който може да генерира 1 гигават мощност – или приблизително мощността на един ядрен реактор – би струвало около 7 милиарда долара с наличните в момента технологии. Но технологиите се развиват много бързо и е напълно възможно съвсем скоро орбиталните електроцентрали да станат рентабилни.

Въпреки това други изследователски центрове и космически агенции, като Европейската космическа агенция (ЕКА) и военновъздушните сили на САЩ, понастоящем работят по различни стратегии за разполагане в орбита на космически слънчеви електроцентрали.