Sam pomysł budowania elektrowni słonecznych poza Ziemią wraca co jakiś czas. Jednak przez dekady łatwo było traktować go po prostu jako ambitną koncepcję i wizję odległej przyszłości, ale kolejne demonstracje pokazują, że przynajmniej część tej układanki przestaje być czystą teorią. Tym razem Chiny właśnie sprawdziły naziemnie elementy systemu, który w dłuższej perspektywie miałby zbierać energię w kosmosie i przesyłać ją bezprzewodowo do odbiorników. Nie jest to jeszcze orbitalna elektrownia, ale jest to wystarczająco konkretny krok, żeby potraktować temat poważnie.
Chiński test to ważny krok w stronę kosmicznej elektrowni
Zespół z Chin rozwija aktualnie jednoznacznie brzmiący projekt Sun Chasing, czyli chiński pomysł na kosmiczne systemy pozyskiwania energii słonecznej i przesyłania jej bezprzewodowo na Ziemię, do satelitów albo innych odbiorników pokroju np. samolotów. W najnowszych próbach udało im się przesłać energię na dystansie przekraczającym 100 metrów do celu stacjonarnego oraz ponad 30 metrów do celu ruchomego. System osiągnął wtedy 20,8% sprawności od prądu stałego do prądu stałego na dystansie 100 metrów i dostarczył w efekcie 1180 watów mocy. W oddzielnym teście dron lecący z prędkością 30 km/h otrzymywał stabilne 143 waty z odległości 30 metrów.
Czytaj też: Chiny odkryły pod ziemią istny skarb. To jednak nie to, o czym myślisz
Chiński system w aktualnej wersji korzysta z koncentratorów w kształcie sferycznej czaszy, które mają zbierać i skupiać światło słoneczne. Dopiero potem energia trafia do układów konwersji, a następnie jest zamieniana na promieniowanie mikrofalowe. Za kierowanie wiązki odpowiada zaś aktywna antena fazowana o średnicy 1,2 metra, a po stronie odbiorczej pracuje prostująca antena o średnicy 5,2 metra. W warunkach testowych taki odbiornik miał przechwytywać około 87% emitowanej energii mikrofalowej.
Nie jest to więc jeszcze w żadnym razie “prąd z kosmosu”, a jedynie naziemna demonstracja wszystkich elementów systemu, bo stabilizacji wiązki, celowania, odbioru mikrofal i konwersji z powrotem na użyteczną energię elektryczną. Jest to o tyle ważne, że orbitalna elektrownia słoneczna nie będzie pracować w idealnie statycznym układzie jak kabel między ścianą a ładowarką, ale sama jej wizja od razu podnosi prosty temat – jak w ogóle miałaby działać elektrownia słoneczna w kosmosie?
Na papierze idea jest prosta, ale samo wykonanie już wręcz brutalnie trudne. W skrócie? Umieszczamy w kosmosie ogromną infrastrukturę słoneczną, zbieramy promieniowanie bez ziemskich ograniczeń pogodowych, zamieniamy je na energię elektryczną, a potem przekształcamy w wiązkę mikrofal albo lasera i kierujemy do odbiornika. Następnie odbiornik postawiony np. na pustyni zamienia tę wiązkę ponownie na prąd. Wszystko brzmi banalnie, ale w praktyce każdy z tych etapów jest osobnym polem walki. Zbieranie energii, konwersja, masa sprzętu, precyzja anteny, straty w wiązce, stabilność odbioru, odporność na awarie, kontrola kierunku, koszty wyniesienia na orbitę i późniejsza obsługa – to wszystko musi zostać dopracowane i po prostu się opłacać.
20,8% sprawności to sukces czy ostrzeżenie?
Problem z tego typu pomysłem poniekąd pokazuje sam wynik sprawności rzędu niespełna 21%. W eksperymencie z przesyłaniem energii przez powietrze, z konwersją na mikrofale, śledzeniem celu i ponowną konwersją na prąd, taka wartość nie jest bez znaczenia. Pokazuje bowiem, że system działa jako łańcuch. Tyle tylko, że jeśli z całej uzyskanej energii możemy wykorzystać nieco ponad 1/5, to cały ten rachunek ekonomiczny robi się niepokojący, a to wszystko zanim jeszcze doliczymy samą orbitę. Pokazuje to, że taka orbitalna elektrownia musiałaby więc wygrywać czymś innym niż prostą sprawnością. Musi zapewniać energię wtedy, gdy ziemskie źródła zawodzą, albo gwarantować tam, gdzie klasyczna infrastruktura jest zbyt droga, zbyt narażona na zniszczenie albo niemożliwa do zbudowania.
Czytaj też: Chiny pokazały sprzęt, który zaskoczył mnie podwójnie. Kwantowe obliczenia coraz realniejsze
Nie da się też uciec od wątpliwości na temat bezpieczeństwa. Jeżeli technologia polega na kierowaniu energii w postaci mikrofal do odbiornika, to natychmiast pojawiają się pytania o bezpieczeństwo. Co dzieje się, gdy wiązka trafi obok? Jak szeroka musi być strefa odbioru? Jakie poziomy gęstości mocy są dopuszczalne? Co z ptakami, samolotami, dronami, zakłóceniami, celowym przejęciem kontroli albo błędem oprogramowania? Tego typu sposób transferu energii nie jest bowiem obojętny dla wszystkiego dookoła i może zamienić się w coś rodzaju promienia śmierci.
Oczywiście elektrownia jądrowa też nie jest zła tylko dlatego, że ma w nazwie “jądrowa”, ale przez to, że w ciągu dekad obrosła lękiem, symbolami katastrof i problemem skali. Orbitalna elektrownia mikrofalowa startuje z jeszcze dziwniejszego poziomu. Zresztą na tym tle chiński test z dronem jest podwójnie ciekawy. Z jednej strony pokazuje precyzję i potencjalne zastosowanie praktyczne, a z drugiej natychmiast sugeruje, że już dziś “możemy zasilać ruchome obiekty zdalnie”. Wojsko może na tym skorzystać.
Chiny nie są w tym wyścigu same, ale mają jedną przewagę
Sun Chasing to ewidentnie nie jakiś samotny chiński kaprys. W ostatnich latach podobny kierunek pojawiał się przy demonstratorze Caltech MAPLE, przy brytyjsko-islandzkich planach zasilania Islandii energią z kosmosu oraz przy koncepcjach startupów testujących przesyłanie energii laserem. Różnica polega na tym, że Chiny już udowodniły, jak to potrafią łączyć długofalowe programy infrastrukturalne z polityczną cierpliwością i przemysłową skalą. Oczywiście to nie znaczy, że każdy taki projekt musi się udać. Wręcz przeciwnie, bo chińska skala czasem maskuje techniczne i ekonomiczne absurdy, ale trudno się nie zgodzić, bo Państwo Środka ma warunki, których wiele krajów po prostu nie ma.
Czytaj też: Chiny szykują przewrót na rynku rowerów. Po samochodach podbiją nasze jednoślady?
Orbitalna energetyka słoneczna nie będzie wygrywać po prostu tym, że zapewni ludzkości “więcej energii”. Ba, tak naprawdę nasza planeta ma ogromne ilości energii słonecznej, ale problemem z nią coraz częściej nie jest samo wytworzenie prądu, ale też stabilność dostaw, samo magazynowanie prądu, jego przesyłanie i dopasowanie produkcji do zużycia. Kosmos może dać w tym całym rachunku ciągłość, choć jednocześnie odbierze prostotę. Może zmniejszyć zależność od pogody, ale jednocześnie doda zależność od infrastruktury orbitalnej. Może więc rzeczywiście pomóc w systemie energetycznym, ale tylko wtedy, gdy całkowity koszt i ryzyko nie zniszczą tej przewagi.
Źródła: People’s Daily Online, pv magazine
