چین در مسیر ساخت نیروگاه خورشیدی فضایی؛ انتقال برق از فاصله ۳۶ هزار کیلومتری
پژوهشگران دانشگاه Xidian University در چین در حال توسعه یکی از جاهطلبانهترین پروژههای انرژی جهان هستند؛ سامانهای که میتواند انرژی خورشیدی را در فضا جمعآوری کرده و از فاصله بیش از ۳۶ هزار کیلومتری به زمین منتقل کند.
این پروژه که با نام «ژوری» (Zhuri) یا «تعقیب خورشید» شناخته میشود، بر پایه مفهوم «نیروگاه خورشیدی فضایی» (Space-Based Solar Power) توسعه یافته است؛ فناوریای که دههها مورد توجه دانشمندان و سازمانهای فضایی قرار داشته و میتواند بخشی از نیازهای انرژی آینده جهان را تأمین کند.
نیروگاه خورشیدی فضایی چگونه کار میکند؟
ایده اصلی این فناوری، استقرار مجموعهای از پنلهای خورشیدی در مدار زمینایستا (Geostationary Orbit) است. این مدار در ارتفاع حدود ۳۵٬۷۸۶ کیلومتری از سطح زمین قرار دارد و ماهوارههای مستقر در آن با سرعتی برابر با چرخش زمین حرکت میکنند؛ به همین دلیل از دید ناظر زمینی در یک نقطه ثابت آسمان باقی میمانند.
در چنین مداری، پنلهای خورشیدی تقریباً بهصورت مداوم در معرض نور خورشید قرار دارند و برخلاف نیروگاههای زمینی با محدودیتهایی مانند شب، ابر، باران، گردوغبار و تغییرات جوی مواجه نیستند. به همین دلیل میزان انرژی قابل دریافت در فضا میتواند چند برابر بیشتر از سطح زمین باشد.
سامانه ژوری در سه مرحله عمل میکند:
جمعآوری و متمرکزسازی نور خورشید
تبدیل انرژی الکتریکی به امواج مایکروویو
انتقال بیسیم انرژی به زمین و تبدیل مجدد آن به برق قابل استفاده
برای دریافت انرژی روی زمین از سامانهای به نام «رکتنا» (Rectenna) استفاده میشود؛ ترکیبی از آنتن و مدارهای یکسوساز که قادر است انرژی امواج مایکروویو را با بازده بالا به برق تبدیل کند.
آزمایش موفق انتقال بیسیم انرژی
تیم تحقیقاتی به سرپرستی Fan Guangheng برای آزمایش فناوریهای موردنیاز، یک نمونه آزمایشی در محوطه دانشگاه ایجاد کرده است.
در این آزمایش، یک آینه گنبدیشکل به قطر ۴٫۸ متر از یک برج ۷۵ متری آویزان شد تا نور خورشید را روی پنلهای خورشیدی متمرکز کند. برق تولیدشده سپس به امواج مایکروویو تبدیل و به گیرنده زمینی ارسال شد؛ گیرنده نیز انرژی دریافتی را مجدداً به برق قابل استفاده تبدیل کرد.
بر اساس نتایج منتشرشده، این سامانه توانسته انتقال انرژی در مقیاس کیلووات را با موفقیت انجام دهد. پژوهشگران همچنین موفق شدند انرژی را بهطور همزمان به چند هدف متحرک ارسال کنند؛ قابلیتی که در آینده میتواند برای تأمین انرژی پهپادها، تجهیزات دورافتاده یا سامانههای متحرک مورد استفاده قرار گیرد.
استفاده از عدسیهای فرنل برای افزایش بازده
محققان در کنار آینههای متمرکزکننده، در حال آزمایش عدسیهای فرنل (Fresnel Lens) با قطر ۲ تا ۷ متر نیز هستند. این نوع عدسیها با وزن کمتر و مصرف مواد اولیه پایینتر، توانایی بالایی در متمرکزسازی نور خورشید دارند.
از آنجا که تمرکز شدید نور باعث افزایش دمای تجهیزات میشود، پژوهشگران سامانههای خنککننده مبتنی بر گردش سیال را نیز توسعه دادهاند تا از افت عملکرد یا آسیبدیدگی تجهیزات جلوگیری شود.
معماری ماژولار بهجای سازههای عظیم
یکی از مهمترین نوآوریهای این پروژه، استفاده از معماری ماژولار است. در این رویکرد، بهجای ساخت یک نیروگاه غولپیکر، تعداد زیادی واحد مستقل در قالب یک آرایش هماهنگ در کنار یکدیگر فعالیت میکنند.
این طراحی چند مزیت مهم دارد:
کاهش پیچیدگی ساخت و پرتاب
افزایش قابلیت اطمینان سیستم
امکان تعمیر یا جایگزینی واحدهای معیوب
توسعه تدریجی ظرفیت تولید انرژی
کاهش هزینههای نگهداری در بلندمدت
این ایده تا حدی از طرح SPS-ALPHA ناسا الهام گرفته شده است؛ مفهومی که از شبکهای از ماهوارههای ماژولار برای تولید و انتقال انرژی خورشیدی استفاده میکند.
چالشهای پیش روی نیروگاههای خورشیدی فضایی
با وجود پیشرفتهای چشمگیر، تجاریسازی این فناوری همچنان با موانع فنی قابلتوجهی روبهرو است:
توسعه سازههای بسیار بزرگ و سبک برای استقرار در فضا
طراحی سامانههای خودمونتاژ یا تاشونده
حفظ دقت پرتوهای مایکروویو در مسافتهای بسیار طولانی
جلوگیری از اتلاف انرژی هنگام انتقال
تضمین ایمنی پرتوها برای هواپیماها، ماهوارهها و محیطزیست
کاهش هزینههای پرتاب تجهیزات به مدار زمینایستا
علاوه بر این، کارشناسان معتقدند بهرهبرداری عملی از چنین نیروگاههایی نیازمند پیشرفت در فناوری پرتابهای ارزانقیمت، رباتیک فضایی و سامانههای کنترل دقیق خواهد بود.
آینده انرژی خورشیدی فضایی
چین در سالهای اخیر سرمایهگذاری گستردهای در حوزه انرژی خورشیدی فضایی انجام داده و در کنار United States و Japan به یکی از بازیگران اصلی این حوزه تبدیل شده است.
پژوهشگران دانشگاه Xidian اکنون در تلاش هستند تا بودجه و زیرساخت لازم برای انجام آزمایشهای مداری را فراهم کنند. در صورت موفقیت، نیروگاههای خورشیدی فضایی میتوانند امکان تولید شبانهروزی برق پاک را فراهم کرده و وابستگی جهان به سوختهای فسیلی را به میزان قابلتوجهی کاهش دهند.
اگر این فناوری به مرحله بهرهبرداری تجاری برسد، ممکن است یکی از بزرگترین تحولهای تاریخ صنعت انرژی رقم بخورد؛ تحولی که برق تولیدشده در فضا را به بخشی از شبکه انرژی زمین تبدیل خواهد کرد.
ساخت یک ایستگاه یک گیگاواتی که برای تأمین برق یک شهر متوسط کافی است، اما حتماً به آینههایی با وسعت چند صد متر نیاز دارد، ولی با اینحال چالشهای مهمی مانند نحوه استقرار سازههای تاشو، هدفگیری دقیق امواج مایکروویو و تأمین ایمنی پرتوها برای هواپیماها و محیط زیست همچنان پابرجا هستند.
لینک سایت مرجع
مالکیت معنوی مجله انرژی (energymag.ir) علامت تجاری ناشر است... سایر علائم تجاری مورد استفاده در این مقاله متعلق به دارندگان علامت تجاری مربوطه می باشد، ناشر وابسته یا مرتبط با دارندگان علامت تجاری نیست و توسط دارندگان علامت تجاری حمایت، تایید یا ایجاد نشده است، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد و هیچ ادعایی از سوی ناشر نسبت به حقوق مربوط به علائم تجاری شخص ثالث وجود ندارد.
