Đăng ký thành viên

Trạm vũ trụ quốc tế và phi hành gia ngoài không gian, bên ngoài hành tinh Trái đất (Ảnh st)

Theo báo cáo, Chính phủ Vương quốc Anh hiện đang xem xét đề xuất trị giá 16 tỷ bảng Anh để xây dựng một trạm năng lượng mặt trời ngoài không gian.

Vâng, bạn đã đọc đúng. Điện mặt trời ngoài không gian là một trong những công nghệ nằm trong Danh mục Tiên tiến Không phát thải ròng của chính phủ. Nó đã được xác định là một giải pháp tiềm năng, cùng với những giải pháp khác, giúp Vương quốc Anh đạt mục tiêu không phát thải ròng vào năm 2050.

Nhưng một trạm năng lượng mặt trời ngoài không gian sẽ hoạt động như thế nào? Ưu điểm và nhược điểm của công nghệ này là gì?

Điện mặt trời ngoài không gian liên quan đến việc thu thập năng lượng mặt trời trong không gian và chuyển nó về Trái đất. Mặc dù bản thân ý tưởng này không phải là mới, nhưng những tiến bộ công nghệ gần đây đã làm cho triển vọng này trở nên khả thi hơn.

Hệ thống năng lượng mặt trời ngoài không gian liên quan đến một vệ tinh năng lượng mặt trời - Một tàu vũ trụ khổng lồ được trang bị các tấm pin mặt trời. Những tấm pin này phát ra điện, sau đó được truyền không dây về Trái đất thông qua sóng vô tuyến tần số cao. Sau đó, một ăngten mặt đất mang tên rectenna được sử dụng để chuyển đổi sóng rađio thành điện để đưa lên lưới điện.

Một trạm năng lượng mặt trời ngoài không gian trên quỹ đạo được Mặt trời chiếu sáng 24 giờ một ngày và do đó có thể phát ra điện liên tục. Đây là một lợi thế so với các hệ thống điện mặt trời trên mặt đất (các hệ thống trên Trái đất), chỉ có thể sản xuất điện vào ban ngày và phụ thuộc vào thời tiết.

Với nhu cầu năng lượng toàn cầu được dự báo sẽ tăng gần 50% vào năm 2050, năng lượng mặt trời ngoài không gian có thể là chìa khóa để giúp đáp ứng nhu cầu phụ tải ngày càng tăng trong ngành năng lượng thế giới và giải quyết sự gia tăng nhiệt độ toàn cầu.

Một số thách thức đối với trạm năng lượng mặt trời ngoài không gian

Trạm năng lượng mặt trời ngoài không gian thiết kế ở dạng mođun, các mođun năng lượng mặt trời được lắp ráp bởi robot trên quỹ đạo (Ảnh st)

Một trạm năng lượng mặt trời ngoài không gian thiết kế ở dạng mođun, nơi một số lượng lớn các mođun năng lượng mặt trời được lắp ráp bởi robot trên quỹ đạo. Việc vận chuyển tất cả các yếu tố này vào không gian rất khó khăn, tốn kém và sẽ gây tổn hại đến môi trường.

Trọng lượng của các tấm pin mặt trời được xác định là một thách thức ban đầu. Nhưng điều này đã được giải quyết thông qua sự phát triển của các pin năng lượng mặt trời siêu nhẹ (một tấm pin mặt trời bao gồm các pin năng lượng mặt trời nhỏ hơn).

Năng lượng mặt trời ngoài không gian được coi là khả thi về mặt kỹ thuật chủ yếu nhờ những tiến bộ trong những công nghệ then chốt, bao gồm pin mặt trời nhẹ, truyền tải điện không dây và robot không gian.

Điều quan trọng là, việc lắp ráp dù chỉ một trạm năng lượng mặt trời ngoài không gian cũng sẽ đòi hỏi nhiều lần phóng tàu con thoi. Mặc dù năng lượng mặt trời ngoài không gian được thiết kế để giảm phát thải cacbon về lâu dài, nhưng có những lượng phát thải đáng kể liên quan đến các vụ phóng vào không gian, cũng như chi phí.

Các tàu con thoi hiện không thể tái sử dụng, mặc dù các công ty như Space X (Mỹ) đang nghiên cứu để thay đổi điều này. Việc có thể tái sử dụng các hệ thống phóng sẽ làm giảm đáng kể chi phí tổng thể của năng lượng mặt trời ngoài không gian.

Nếu chúng ta cố gắng để xây dựng thành công một trạm năng lượng mặt trời ngoài không gian, hoạt động của nó cũng phải đối mặt với một số thách thức thực tế. Các tấm pin mặt trời có thể bị hư hại bởi các mảnh vỡ ngoài không gian. Hơn nữa, các tấm pin này ở ngoài không gian không được che chắn bởi bầu khí quyển của Trái đất. Tiếp xúc với bức xạ mặt trời cường độ cao hơn có nghĩa là chúng sẽ suy thoái nhanh hơn so với các tấm pin trên Trái đất, điều này sẽ làm giảm điện năng mà chúng có thể phát ra.

Hiệu suất truyền tải điện không dây là một vấn đề khác. Truyền tải năng lượng qua những khoảng cách lớn - trong trường hợp này là từ một vệ tinh mặt trời ngoài không gian xuống mặt đất - rất khó. Dựa trên công nghệ hiện tại, chỉ một phần nhỏ năng lượng mặt trời thu được có thể đến được Trái đất.

Các dự án thí điểm đã được tiến hành

Trong tương lai, năng lượng mặt trời ngoài không gian có nhiều khả năng sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp năng lượng toàn cầu (Ảnh st)

Dự án Điện mặt trời ngoài không gian ở Mỹ đang phát triển những pin mặt trời hiệu suất cao cũng như hệ thống chuyển đổi và truyền tải được tối ưu hóa để sử dụng ngoài không gian. Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Hải quân Mỹ đã thử nghiệm một mođun mặt trời và hệ thống chuyển đổi năng lượng ngoài không gian vào năm 2020. Trong khi đó, Trung Quốc đã công bố tiến độ xây dựng trạm năng lượng mặt trời ngoài không gian Bishan của họ, với mục đích có một hệ thống hoạt động vào năm 2035.

Ở Vương Quốc Anh, phát triển điện mặt trời ngoài không gian trị giá 17 tỷ bảng Anh được coi là một khái niệm khả thi dựa trên báo cáo gần đây của tổ chức Frazer-Nash Consultancy. Dự án này dự kiến ​​sẽ bắt đầu với các thử nghiệm nhỏ, tiến tới một nhà máy điện mặt trời hoạt động vào năm 2040.

Vệ tinh năng lượng mặt trời sẽ có đường kính 1,7km, nặng khoảng 2.000 tấn. Ăng-ten trên mặt đất chiếm rất nhiều không gian - khoảng 6,7km x 13km. Với việc sử dụng đất trên khắp Vương quốc Anh, có nhiều khả năng ăng-ten sẽ được đặt ở ngoài khơi.

Vệ tinh này sẽ cung cấp 2GW công suất cho Vương quốc Anh. Mặc dù đây là một lượng điện năng đáng kể những cũng chỉ là một đóng góp nhỏ vào công suất phát điện của Vương quốc Anh, vào khoảng 76GW.

Dự án này sẽ tốn bao nhiêu?

Với chi phí ban đầu rất cao và thu hồi vốn đầu tư chậm, dự án này sẽ cần nguồn lực đáng kể của chính phủ cũng như đầu tư từ các công ty tư nhân.

Nhưng khi công nghệ ngày càng phát triển, chi phí phóng vào không gian và chế tạo sẽ giảm dần. Quy mô của dự án sẽ cho phép sản xuất hàng loạt, điều này sẽ giảm phần nào chi phí.

Liệu năng lượng mặt trời ngoài không gian có thể giúp chúng ta đạt được mục tiêu không phát thải ròng vào năm 2050 hay không vẫn còn được xem xét. Các công nghệ khác, như tích trữ năng lượng đa dạng và linh hoạt, hydro và tăng trưởng trong các hệ thống năng lượng tái tạo được hiểu rõ hơn và có thể dễ dàng áp dụng hơn.

Bất chấp những thách thức này, năng lượng mặt trời ngoài không gian là tiền đề kích thích các cơ hội nghiên cứu và phát triển thú vị. Trong tương lai, công nghệ này có nhiều khả năng sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp năng lượng toàn cầu.