Wiedza i Życie 05/2020
W numerze m.in.:
Fizyka
Więcej światła!; Mirosław Dworniczak

Środowisko
Ekologiczne dylematy; Adrian Łukowski

Astrofizyka
Z Hubble’em w kosmos; Przemek Berg

Biologia
Pod ostrzałem; Paweł Depczyk
Jak to, co dzieje się za progiem świadomości, wpływa na nasze życie.
Ze względu na kolorowe pióra i niesamowity intelekt papugi były i są obiektem pożądania. Wiele gatunków utrzymywanych jest w  niewoli jako zwierzęta domowe, a te, którym szczęścia zabrakło, stały się żywą atrakcją turystyczną.
Skały mogą nas ostrzegać przed wielkimi trzęsieniami ziemi, inicjując w atmosferze rozmaite zjawiska świetlne i elektryczne, a nawet zmieniając zachowania zwierząt.
Aktualne numery
10/2020
09/2020
Kalendarium
Październik
22
W 1964 r. kanadyjski komitet parlamentarny wybrał, spośród 2 600 zgłoszonych na konkurs propozycji, obecny wzór flagi Kanady.
Warto przeczytać
Sztuczna inteligencja to kolejna publikacja wydana wz oksfordzkiej serii „Krótkie Wprowadzenie”, która w zwięzły i przystępny sposób prezentuje wybrane zagadnienia.

WSPÓŁPRACUJEMY
Logowanie

Nazwa użytkownika

Hasło

Autor: Andrzej Hołdys | dodano: 2012-07-04
Prąd z kosmosu

Wizja kosmicznej elektrowni SunTower opracowana pod koniec lat 90. w Biurze Zaawansowanych Projektów NASA. Satelita z ustawionymi w pary panelami słonecznymi dostarczałby prąd na Ziemię lub też do stałej bazy księżycowej.


Po co łapać energię słoneczną na Ziemi? Czy nie lepiej chwytać ją na orbicie, gdzie jest dostępna całą dobę w większych ilościach? Pierwsze elektrownie słoneczne zawisną nad naszymi głowami może jeszcze w tym dziesięcioleciu.

Zaczęło się wiosną zeszłego roku od tajemniczego porozumienia podpisanego pomiędzy dwiema firmami. Pierwsza z nich nazywa się Solaren i jest malutka - w tej chwili zatrudnia 10 osób. Druga to olbrzym - Pacific Gas & Electric Company, jeden z największych dostawców prądu do amerykańskich domów. Mrówka złożyła słoniowi obietnicę, że od 2016 roku będzie zapewniać jego klientom 200 MW mocy. Energia będzie chwytana przez satelity i przesyłana na Ziemię za pośrednictwem mikrofal. Stacja odbiorcza, jak wstępnie ustalono, ma zostać zbudowana na półpustynnych terenach w pobliżu miasta Fresno w środkowej Kalifornii. Tam też będzie się odbywać konwersja mikrofal na prąd, który popłynie następnie do kilkuset tysięcy domów w okolicy. Inwestycję oszacowano wstępnie na 2 mld dolarów - całość ma zdobyć Solaren.

Wzruszenie ramion, czasami śmiech, często niedowierzanie. Tak przyjęto te kosmiczne plany, podejrzewając, że chodzi głównie o marketing i reklamę. Prawdą jest, że do dziś Solaren nie objaśnił szczegółowo, jak zamierza wypełnić swoje obietnice. Szefowie firmy ujawnili jedynie, że elektrownię zamierzają umieścić nad równikiem na orbicie geostacjonarnej odległej o ok. 36 tys. km od Ziemi. Twierdzą też, że wystarczy im 4-5 lotów w kosmos, aby zrealizować całe przedsięwzięcie, co brzmi więcej niż sensacyjnie, bo nieprawdopodobnie. Do tej pory bowiem takie pomysły uchodziły za wysoce nieopłacalne także z tego powodu, że - jak zakładano - wymagają setek kosztownych lotów.

Pięć lat temu Solaren złożył jednak wniosek patentowy, z którego wynika, że zamierza zainstalować na orbicie olbrzymie lustra - pomysł często rozważany przez entuzjastów orbitalnych elektrowni. Lustra te koncentrowałyby energię słoneczną przed jej zamianą w mikrofale. Firma chce też wyeliminować połączenia między poszczególnymi modułami - mają orbitować obok siebie parami lub czwórkami. Wszystko po to, aby ograniczyć masę satelitów i wydatki na ich transport. Każdy kilogram więcej to kolejne 15 tys. dolarów.

Pytani o szczegóły swoich badań, naukowcy i inżynierowie z Solarena nabierają wody w usta. Mają wprawę w zachowywaniu tajemnicy - większość z nich przez ostatnie 20-30 lat pracowała dla armii lub przemysłu kosmicznego. Ale poufne badania idą chyba pełną parą, skoro w grudniu 2009 roku porozumienie zostało zaakceptowane przez władze stanowe - zgodziły się one na wpuszczenie do sieci energetycznej prądu z orbity, jeśli takowy zostanie w końcu dostarczony. Wierzą więc w to nie tylko szefowie Solarena.

Ekonomiczne eldorado czy harakiri?
We wrześniu zeszłego roku swoje plany ujawnili też Japończycy. Ogłosili, że właśnie stworzyli konsorcjum kilkunastu firm, które będą pracowały nad projektem zbudowania na orbicie elektrowni słonecznej o docelowej mocy 1 GW. Wedle wstępnej koncepcji ogniwa fotowoltaiczne będą miały powierzchnię około 4 km2. Całość ma być gotowa dopiero za ćwierć wieku. Najbliższe cztery lata będą poświęcone naziemnym badaniom nad przesyłaniem energii za pomocą laserów i mikrofal. Po wybraniu jednej z metod zostanie ona przetestowana w przestrzeni kosmicznej. Próbna instalacja o mocy 100 kW powinna zawisnąć na orbicie geostacjonarnej około 2015 roku. Pięć lat później moc elektrowni zostanie zwiększona do 250 MW.

Tak z grubsza wygląda harmonogram opracowany przez japońską agencję kosmiczną JAXA, a w sierpniu zeszłego roku zaaprobowany przez japońskie ministerstwo gospodarki, handlu i przemysłu (METI). Koszt całego przedsięwzięcia oszacowano na 2 bln jenów (ok. 22 mld dolarów), jest on zatem gigantyczny. Ale spokojnie. Na początek badacze dostaną tylko 2 mln dolarów na wybranie rozwiązań technicznych, dzięki którym ta horrendalnie droga dziś inwestycja może nabrać ekonomicznego sensu. W Japonii od dawna eksperymentuje się z bezprzewodowym przesyłaniem energii elektrycznej (np. między rakietami - dwa takie testy przeprowadzono w latach 80. i 90.). Mniej więcej od 10 lat finansowane są prace koncepcyjne nad orbitalnymi elektrowniami. Przed kilkunastoma laty prawie nikt nie wierzył, że te wizje kiedykolwiek się ziszczą. Jednak postęp techniczny, choćby w badaniach nad ogniwami słonecznymi, które są coraz lżejsze i sprawniejsze, jest ostatnio tak szybki, że to, co niedawno wydawało się fantazją, zaczyna nabierać realnych kształtów.

W kosmiczne elektrownie zaczyna się też wierzyć w Europie. W ślad za Amerykanami i Japończykami swoje dalekosiężne plany ujawnił ostatnio największy europejski koncern kosmiczny EADS Astrium. W styczniu 2010 roku ogłosił, że w ciągu pięciu lat chce umieścić na orbicie niewielką elektrownię demonstracyjną o mocy 10-20 kW. To dopiero pierwszy krok - zapowiedzieli szefowie firmy. Na końcu drogi jest śmiała wizja setek prądotwórczych satelitów dostarczających energię na żądanie do dowolnego kawałka planety.

W europejskiej wizji przewiduje się wykorzystanie laserów działających w zakresie podczerwieni. Taki laser mógłby dostarczać energii np. statkowi przemierzającemu ocean albo regionowi odciętemu od świata przez kataklizm. Naukowcy prowadzą już odpowiednie eksperymenty. Potrafią za pomocą lasera wprawiać w ruch samochody-zabawki. Wiązka laserowa - jak podkreślają badacze pracujący dla koncernu - byłaby bezpieczna. Dziś główne wyzwanie to zbudowanie urządzeń sprawnie przetwarzających energię elektryczną na podczerwień i odwrotnie. Nad tym zagadnieniem pracuje od kilku lat na zlecenie EADS Astrium grupa naukowców z University of Surrey w Wielkiej Brytanii. Prowadzone tam testy laboratoryjne osiągną niedługo taki etap zaawansowania, że wkrótce trzeba je będzie przenieść w przestrzeń kosmiczną. Do tego celu miałaby zostać wykorzystana Międzynarodowa Stacja Kosmiczna.

Lasery mają jednak swoje wady. Promieniowanie podczerwone jest silnie pochłaniane przez parę wodną, nie może ono zatem przeniknąć przez grubą warstwę chmur. W wielu regionach planety, nad którymi chmury wiszą przez znaczną część roku, miałyby ograniczone zastosowanie. Dlatego właśnie w USA jako medium są preferowane mikrofale, choć przesyłanie energii za ich pomocą wydaje się trudniejsze technologicznie, a uchodzi też za mniej bezpieczne. Co prawda raport dla Pentagonu z 2007 roku stwierdza, że żadnego zagrożenia nie ma i nikt nie zostanie upieczony. Wszystko bowiem zależy od natężenia promieniowania. W projekcie Solarenu promieniowanie będzie spływało z góry w postaci rozproszonej wiązki o średnicy 2-3 km odbieranej przez sieć anten zainstalowanych na pewnej wysokości. Ani ludziom, ani ptakom, ani samolotom to nie zaszkodzi, choć wewnątrz tego strumienia wzrost temperatury będzie dość wyraźny. Jakbyśmy wystawili twarz na słońce w letni słoneczny dzień. No i jeszcze coś. Zamilkną telefony komórkowe i inne urządzenia podłączone do systemów komunikacji bezprzewodowej.

Nic nowego pod Słońcem
Po co w ogóle jeść tę żabę? Nie lepiej poprzestać na budowie elektrowni słonecznych na Ziemi, zamiast ładować się w tak kosztowne i ryzykowne inwestycje? Entuzjaści orbitalnych fabryk prądu zwracają uwagę, że w bliskim kosmosie jest wielokrotnie (5-10 razy) więcej dostępnej energii słonecznej niż na powierzchni planety. Nie ma też nagłych zmian pogody, chmur i nocy. To oznacza, że orbitalna fabryka może dostarczać prąd 24 godziny na dobę przez siedem dni w tygodniu. Wydajność elektrowni można zwiększyć, umieszczając ją na orbicie geostacjonarnej, gdzie rzadko dosięgnie ją cień rzucany przez planetę. Wielką zaletą jest to, że stacje odbiorcze można postawić w sąsiedztwie miast i rejonów, gdzie popyt na energię elektryczną jest duży. Tym samym odpadają wysokie koszty związane z przesyłaniem energii na duże odległości tradycyjną siecią energetyczną.