Británie chce investovat do solární elektrárny na oběžné dráze

Britská vláda se údajně vážně zabývá nápadem na vybudování rozsáhlé solární elektrárny na oběžné dráze Země. Projektu v hodnotě 16 miliard liber (zhruba půl bilionu korun) potvrdil tamní ministr pro vědu, výzkum a inovace.

George Freeman, bývalý specialista na rizikové investice, který byl v loňském roce jmenován britským vědeckým ministrem, se podle The Times sešel se skupinou, která chce na oběžné dráze vybudovat solární elektrárnu, která by chtěl na oběžné dráze postavit výrobnu čisté energie.

Jak by měla fungovat a kdy by se podmračená Británie měla energie z míst, kde Slunce opravdu nikdy nezapadá, měla dočkat?

Starý nápad

Myšlenky na vytvoření vesmírných elektráren jsou více než 100 let staré. Zřejmě jako první totiž před více než stoletím s nápadem přišel Konstantin Ciolkovskij. V roce 1941 pak vydal spisovatel science fiction Isaac Asimov povídku s názvem “Rozum”. Byl to varovný příběh o robotice a umělé inteligenci, ale dnes se na něj vzpomíná také pro zvláštní prostředí, ve kterém se odehrával: vesmírnou stanici, která shromažďuje sluneční energii a posílá ji na zemský povrch s pomocí mikrovlného vysílače.

jako inženýrský koncept jej poprvé navrhl česko-americký vědec Peter Eduard Glaser (1923–2014). Tento u nás málo známý žatecký rodák emigroval po komunistickém převratu v roce 1948, a v USA se věnoval právě kosmu. V roce 19|68 představil svou myšlenku na tzv. Solar Power Satelite, na který si dokonce v roce 1973 (samozřejmě poněkud zbytečně) nechal vystavit patent.

Podle něj měly sluneční elektrárny být umístěny na geostacionární dráhu ve výšce asi 36 tisíc kilometrů nad rovníkem, kde by mohly zachycovat sluneční záření téměř bez přestávek, aniž by mělo vliv střídání dne a noci. Glaserovu myšlenku rozpracovaly konstrukční týmy firmy Boeing a později Marshallova kosmického střediska NASA, Ministerstva energetiky USA a NASA – ale vždy jen na papíře, protože v praxi ji stále celá řada překážek. Tou hlavní je samozřejmě cena, druhou pak otázka, jak dostat energii na Zemi. Ale o tom dále.

Základní koncept je jednoduchý. Základním prvkem je umělá oběžnice vybavenou solárními panely. Fotovoltaické panely vyrábějí elektřinu. Která by pak měla být podle nejrozšířenějších představ přenášena na Zemi prostřednictvím mikrovln (či jiného typu elektromagnetického záření). K přeměně tohoto záření na elektřinu, která je následně dodávána do elektrické sítě, se používá pozemní anténa.

Hlavní výhodou by mělo být, že vhodně umístěná vesmírná solární elektrárna na oběžné dráze může být osvětlována Sluncem 24 hodin denně, a proto by mohla vyrábět elektřinu nepřetržitě. Pozemské fotovoltaické výrobny jsou možné vyrábět elektřinu pouze během dne a jsou ještě závislé na počasí. Vzhledem k tomu, že podle předpokladů celosvětová poptávka po energii vzroste do roku 2050 téměř o 50 %, mohla by vesmírná solární energie pomoci uspokojit rostoucí poptávku po světové energetice a bojovat proti zvyšování globální teploty.

Jak na to

Vesmírnou solární elektrárnu si inženýř obvykle představovali jako velkolepé technické. Často podle kresebe či návrhů mělo jít o obří příhradové konstrukce, obvykle měřené v kilometrech (nebo mílích, podle toho, v které zemi vznikaly), na nichž byly připevněny fotovoltaické panely nebo zrcadla, které pohlcovaly nebo koncentrovaly sluneční světlo a přeměňovaly je na stejnosměrný proud.

Velkou nevýhodou je, že k vybudování jediného zařízení mohlo být zapotřebí desítek či stovek startů. Ačkoli tedy solární energie z vesmíru má být v dlouhodobém horizontu nízkoemisní, její počáteční uhlíková stopa je značná.

Doprava všech částo konstrukce do vesmíru byla tedy obtížná, nákladná a zatěžuje životní prostředí. Ve skutečnosti tedy všechny dosavadní projekty byly příliš nákladné, než aby měly šanci uspět v oboru, ve kterém platí jedno základní pravidlo: že výsledný produkt (energie) by měla být primárně co nejlevnější.

Některé problémy se daří řešit. Například hmotnost solárních panelů se podařilo do jisté míry vyřešit vývojem ultralehkých solárních článků (solární panel se skládá z menších solárních článků). Díky pokroku v klíčových technologiích, včetně lehkých solárních článků, bezdrátového přenosu energie a robotiky se podle názoru některých odborníků výrazně přiblížily praktické realizace.

Finanční bilanci by mohlo vylepšit i nasazení vícenásobně použitelných raketových nosičů. Ceny startů v posledním desetiletí skutečně klesají, a společnost SpaceX se dušuje, že s nástupem jejího dalšího nosiče (Starship), dojde k dalšímu razantnímu poklesu. Bude lepší slibům tak úplně nevěřit, ale možná na nich alespoň část pravdu skutečně může být.

Jak by to mělo vypadat?

I kdyby se opravdu podařilo vesmírnou elektrárnu vybudovat, její provoz bude čelit i několika praktickým výzvám. Solární panely by mohly být poškozeny kosmickým odpadem. Panely ve vesmíru navíc nejsou chráněny zemskou atmosférou. V důsledku výrazně intenzivnějšímu slunečnímu záření znamená, že budou degradovat rychleji než ty na Zemi. Jejich výkon by tedy měl dále klesat.

Dalším problémem je účinnost bezdrátového přenosu energie. Přenos energie na velké vzdálenosti – v tomto případě ze solární družice ve vesmíru na zem – je obtížný. Při použití současných technologií by se na Zemi dostala jen malá část nashromážděné sluneční energie.

V rámci projektu Space Solar Power Project v USA se vyvíjejí vysoce účinné solární články a systém konverze a přenosu optimalizovaný pro použití ve vesmíru. Námořní výzkumná laboratoř v USA testovala v roce 2020 ve vesmíru solární modul a systém na přeměnu elektřině na záření. Čína mezitím oznámila pokrok na své vesmírné solární stanici Bishan, jejímž cílem je mít funkční systém do roku 2035.

Nu, a jak jsme již uvedli, ve Spojeném království je koncept vývoje solární energie ve vesmíru považován za životaschopný, třeba na základě nedávné zprávy společnosti Frazer-Nash Consultancy s celkovým rozpočtem zhruba 16 miliard liber. Očekává se, že projekt bude zahájen zkouškami v malém, které povedou k funkční solární elektrárně v roce 2040.

Podle dnešních předtav by samotná elektárně měla mít průměr 1,7 km a hmotnost přibližně 2 000 tun. Výkon elektrárny by měl mít kolem 2 GW. Na papíře je to poměrně vysoké číslo, ovšem ve skutečnosti je to poměrně malý příspěvek k výrobní kapacitě Spojeného království (celkový výkon britských elektráren je činí 76 GW). Pozemní anténa je velmi rozměrná – zhruba 6,7 km na 13 km. Vzhledem k tomu, jak málo je půdy ve Velké Británii je poměrně pravděpodobné, že bude umístěna na moři.

Američtí soukromíníci to zkouší také

Britská snaha má mít soukromou konkurenci. Stojí za ní Donald Bren, jeden z nejbohatších amerických developerů. Devětaosmdesátiletý Bren vydělal většinu svého jmění – odhaduje se na 15,3 až 16,1 miliardy dolarů – budováním kanceláří a domů v Orange County v Kalifornii. Je většinovým vlastníkem ikonické budovy MetLife v New Yorku.

Kalifornský technologický institut v srpnu 2021 oznámil, že Bren a jeho žena Brigitte věnovali škole od roku 2013 více než 100 milionů amerických dolarů určených právě na výzkum získávání fotovoltaické energie z oběžné dráhy.

Tým z Caltechu usiluje o první vypuštění testovacího prototypu na konci roku 2022 nebo 2023. Má jít o nový typ konstrukce, který má znamenat výrazné snížení hmotnosti systémů. Namísto hmotnosti kolem kilogramu na metr čtvereční, které předpokládaly plány z posledních desetiletí, je podle vědců pracující za Brenovy peníze vyrábět možné vyrábět systémy s hmotností v rozmezí 100 až 200 gramů na metr čtvereční. A údajně mají i plán, jak se dostat do rozmezí 10 až 20 gramů na metr čtvereční.

asi největší změna v myšlení spočívá ve výrobě modulárních solárních konstrukcí. Lehké gallium-arsenidové fotovoltaické články by se připevňovaly na “dlaždice” – základní jednotku návrhu Caltechu, z nichž každá by mohla být malá až 100 centimetrů čtverečních, což je zhruba plocha malého talíře.

Každá dlaždice by byla vlastní miniaturní solární stanicí, vybavenou fotovoltaikou, drobnými elektronickými součástkami a mikrovlnným vysílačem. Dlaždice by se spojovaly do větších “modulů” o rozloze řekněme 60 metrů čtverečních. Tisíce modulů by pak tvořily hexagonální elektrárnu, se stranou dlouhou až několik kilometrů. Moduly by však nebyly ani fyzicky propojeny. Žádné těžké nosné trámy, žádné svázané kabely, a tedy mnohem menší hmotnost. Podle vědců si můžeme elektrárnu představit jako hejno ryb nebo ptáků; tedy skupnu identických na sobě nezávislých prvků pohybujících se ve formaci.

Přenos k přijímačům na zemi by probíhal pomocí sfázované antény – mikrovlnné signály z dlaždic by byly synchronizovány tak, aby je bylo možné zaměřit i bez pohyblivého vysílače. V tomto ohledu je ještě kolem projektu řada nejasností. Autoři tvrdí, že přenos energie by neměl být nebezpečný, protože hustota energie v mikrovlnném svazku by se “rovnala hustotě energie ve slunečním světle”. Což nedává velký smysl především kvůli rozměrům případné nutné antény.

Related Posts

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna.