सौर ऊर्जा के लिए आगे क्या है? अंतरिक्ष के बारे में कैसे

ऊर्जा के स्वच्छ स्रोतों के बारे में आप क्या जानते हैं, इसके बारे में सोचें। सबसे हरा क्या है?

हाइड्रोइलेक्ट्रिक, जियोथर्मल, पवन और सौर सभी शायद वसंत के मन में हैं। पर्यावरण के अनुकूल हालांकि वे हो सकते हैं, उन सभी में महत्वपूर्ण सीमाएं हैं कि वे कितनी ऊर्जा का उत्पादन कर सकते हैं और उनका उपयोग कहां किया जा सकता है। बुद्धि के लिए, सौर में कुछ वास्तव में शांत अग्रिमों के बावजूद, सौर पैनल अभी भी केवल ऊर्जा उत्पन्न कर सकते हैं जबकि सूरज चमकता है।

तब, समाधान स्पष्ट है। जाओ जहाँ सूरज कभी अस्त नहीं होता: अंतरिक्ष में।

यह संयुक्त राज्य अमेरिका के साथ-साथ जापान, चीन और यूरोप दोनों में वैज्ञानिकों, शोधकर्ताओं और उद्यमियों की दृष्टि है। हालांकि इस अवधारणा को कम से कम 1970 के दशक के बाद से देखा जा रहा है, इसे बार-बार संशोधित किया गया है और छोड़ दिया गया है क्योंकि सभी भागों को वहां मिल रहा है, और लोगों को इसे एक साथ रखने के लिए, बहुत महंगा था। केवल सुपर छोटे, बड़े पैमाने पर उत्पादित उपग्रहों और पुन: प्रयोज्य बूस्टर रॉकेटों के आगमन के साथ, अंतरिक्ष सौर को वास्तविकता बनाने के लिए कुछ अधिक कठिन लगने लगे हैं।

अंतरिक्ष-आधारित सौर संग्रह प्रणाली का निर्माण कैसे किया जाए, इसके लिए दर्जनों विचार हैं, लेकिन मूल सिद्धांत कुछ इस तरह से है: लॉन्च और रोबोटिक रूप से जियोसिंक्रोनस ऑर्बिट में कई सौ या हज़ार समान आकार के मॉड्यूल को इकट्ठा करते हैं। एक हिस्से में सौर पैनलों को प्रतिबिंबित करने और सूर्य के प्रकाश को केंद्रित करने के लिए दर्पण शामिल हैं जो ऊर्जा को बिजली में परिवर्तित करते हैं। कन्वर्टर्स उस बिजली को कम तीव्रता वाले माइक्रोवेव में बदल देते हैं, जो जमीन पर बड़े, गोलाकार रिसीवरों तक पहुंच जाते हैं। वे एंटीना पुनः माइक्रोवेव को बिजली में बदल देते हैं, जिसे मौजूदा ग्रिड में फीड किया जा सकता है।

नासा और कैलटेक के जेट प्रोपल्शन लेबोरेटरी में 25 साल बिताने वाले जॉन मैनकिंस को 2011 में नासा के इंस्टीट्यूट ऑफ एडवांस कॉन्सेप्ट से अपने स्पेस सोलर पावर प्लांट कॉन्सेप्ट को और अधिक विस्तार से परिष्कृत करने के लिए फंडिंग मिली। अंतरिक्ष सौर को वास्तविकता बनाने के लिए आवश्यक तकनीक और इंजीनियरिंग पहले से मौजूद है, वह जोर देते हैं, लेकिन किसी भी नए विचार के साथ, यह ग्रीनबैक और गम में बदल जाता है।

"यह फ्यूजन की तरह नहीं है - इसमें कोई नई भौतिकी शामिल नहीं है, " मैनकिन्स कहते हैं, ITER का संदर्भ देते हुए, फ्रांस में फ्यूजन रिएक्टर बनाने के लिए 35-राष्ट्र सहयोग। “कोई गुप्त चटनी नहीं है। तत्वों को विकसित करने के लिए धन प्राप्त करना और ऐसा करने के लिए आवश्यक नई वास्तुकला का प्रदर्शन करना एक वित्तीय बाधा है। ”

मैनकिन्स और अन्य लोगों ने अंतरिक्ष-आधारित सौर ऊर्जा संयंत्र के सभी घटकों के विकास, निर्माण, लॉन्च और संयोजन के लिए कुल लागत का अनुमान लगाया है, जो कि चीन के थ्री गोरिल्ला डैम पर $ 28 बिलियन डॉलर के मूल्य टैग का एक अंश $ 4 से $ 5 बिलियन है। मैनकिन्स का अनुमान है कि पूर्ण आकार के घटकों के साथ एक कार्यशील मॉडल 100 मिलियन डॉलर में हो सकता है। तुलना करके, टेनेसी वैली अथॉरिटी के हाल ही में पूर्ण किए गए वॉट्स बार परमाणु संयंत्र को बनने में 43 साल लगे, शुरुआत से लेकर हकलाने तक की लागत, और लागत सभी $ 4.7 बिलियन थी।

गंभीर रूप से, उपभोक्ताओं को प्रति किलोवाट-घंटे की कीमत का भुगतान करना होगा - कोयले, प्राकृतिक गैस और परमाणु के साथ उत्पादित ऊर्जा के पारंपरिक स्रोतों के समान बॉलपार्क में होने की आवश्यकता होती है, जो कि प्रति किलोवाट-घंटे में कीमत 3 से 12 सेंट तक होती है। पनबिजली बहुत ही सस्ते में एक प्रतिशत से भी कम प्रति किलोवाट-घंटे के हिसाब से सस्ती हो सकती है, लेकिन केवल तभी जब आप पर्याप्त भाग्यशाली हों, जो कनाडा और विस्कॉन्सिन के कुछ हिस्सों की तरह प्रचुर मात्रा में उच्च-प्रवाह वाली नदियों में रह सकें। जियोथर्मल बहुत किफायती है, 3 सेंट प्रति किलोवाट-घंटे में जाँच कर रहा है, लेकिन आपको आइसलैंडर्स से पूछना होगा कि वे अपने बिजली बिलों को कैसे पसंद करते हैं। और पवन ने पिछले साल खबरों की वकालत की कि अक्षय संसाधन के लिए लागत 2.5 सेंट प्रति किलोवाट-घंटे तक गिर गई थी।

कैलिफोर्निया स्थित ऊर्जा कंपनी सोलरेन के सीईओ गैरी स्पिरनाक का कहना है कि अंतरिक्ष में सौर ऊर्जा को प्रतिस्पर्धात्मक उपयोगिता बनाने के लिए लागत को कम दोहरे अंकों या सेंट के प्रति अंकों के एकल अंक में लाना नितांत आवश्यक है।

स्पिरंक की कंपनी को कैलिफ़ोर्निया में सौर ऊर्जा प्रदाता के रूप में अनुमोदित किया गया है, और इसके पास प्रशांत गैस और इलेक्ट्रिक के साथ आपूर्ति की पिछली व्यवस्था है, लेकिन इसका व्यवसाय मॉडल पूरी तरह से अंतरिक्ष-कटे हुए सौर से अपनी शक्ति उत्पन्न करने पर आधारित है। सोलरन एक या अधिक उपयोगिताओं के साथ नए समझौतों पर बातचीत करने की प्रक्रिया में है। कंपनी के पास अमेरिका में इसके डिजाइन के साथ-साथ यूरोप, रूस, चीन, जापान और कनाडा में पेटेंट है और अगले साल कुछ समय में इसके घटक प्रौद्योगिकियों के लैब-आधारित प्रदर्शन के लिए पहले दौर का वित्तपोषण हासिल किया है। स्पिरंक ने निवेशकों को पांच साल के भीतर विकास और परीक्षण चरण के अंत तक 250 मेगावॉट के पायलट संयंत्र का समर्थन करने के लिए मनाने की उम्मीद की है।

अंतरिक्ष सौर काम करने के लिए दो कीस्टोन संरचना की आवश्यकता होती है। सबसे पहले, ठोस-राज्य बिजली एम्पलीफायरों जो कुशलता से एकत्रित सूर्य के प्रकाश से रेडियो-आवृत्ति तरंगों में परिवर्तित करते हैं, और जमीन पर रिसीवर जो आरएफ तरंगों को फिर से बिजली में परिवर्तित करते हैं।

पॉल जाफ़ ने थर्मल रिसर्च टेस्ट चैम्बर के सामने नेवल रिसर्च लैबोरेटरी के रिकॉर्ड-होल्डिंग, पेटेंटेड स्पेस सोलर "स्टेप" रूपांतरण मॉड्यूल को रखा गया है। (पॉल जाफ़) स्पेस सोलर प्रोटोटाइप: स्पेस सोलर के लिए यह सूर्य के प्रकाश से माइक्रोवेव रूपांतरण मॉड्यूल पहली बार अंतरिक्ष जैसी स्थितियों में परीक्षण किया गया था। एक अंतरिक्ष सौर उपग्रह के ट्रांसमीटर को बनाने के लिए अंतरिक्ष रोबोटिक्स का उपयोग हजारों को इकट्ठा करने के लिए किया जाएगा। (पॉल जाफ़) इस थर्मल वैक्यूम और सिम्युलेटेड सौर रोशनी परीक्षण सुविधा में एनआरएल के अंतरिक्ष सौर रूपांतरण मॉड्यूल प्रोटोटाइप का परीक्षण किया गया था। (पॉल जाफ़)

वॉशिंगटन, डीसी में नेवल रिसर्च लेबोरेटरी के एक इंजीनियर पॉल जाफ ने संग्रह मॉड्यूल के दो प्रोटोटाइप पर काम किया, जिसे उन्होंने सौर कलेक्टर, पावर कन्वर्टर और आरएफ एमिटर के रूप में "सैंडविच" कहा। -सुपर टाइल दो इंच मोटी। प्रत्येक व्यक्तिगत मॉड्यूल का वजन अंततः जमीन पर वितरित बिजली के मूल्य निर्धारण को निर्धारित करता है; वाट प्रति लॉन्च किए गए किलोग्राम के संदर्भ में, जाफ का कहना है कि बुनियादी टाइल डिजाइन लगभग 6 वाट प्रति किलोग्राम में आया था।

उस बिजली के उत्पादन को ध्यान में रखते हुए, एक 20-वर्ष का सौर ऊर्जा संयंत्र जीवनकाल, प्रति किलो $ 2, 500 की लॉन्च लागत, और घटकों के विभिन्न लागत स्तर, जोफ की गणना करता है कि यदि द्रव्यमान कम हो गया और वाट क्षमता बढ़कर 500 वाट प्रति किलो हो गई, तो 3 सेंट प्रति किलोवाट-घंटे की लागत के बराबर है।

उन्होंने कहा, "द्रव्यमान को कम करने के लिए वास्तव में सरल चीजें करना हमें 100 वाट प्रति किलोग्राम रेंज में मिलता है, और 1, 000 वाट प्रति किलोग्राम पागल नहीं है, " वे कहते हैं। "आपको वर्तमान सौर प्रौद्योगिकी के साथ बहुत अच्छी दक्षता प्राप्त होती है जो पहले से ही व्यावसायिक रूप से उपलब्ध है, और हम हर दिन अपनी जेब में इन कुशल, हल्के आरएफ कन्वर्टर्स को ले जाते हैं।"

आरएफ कन्वर्टर्स बहुत ही कारण हैं सेल फोन काम करते हैं- फोन मूल रूप से वॉकी-टॉकीज़ का महिमामंडन करते हैं जिनके सिग्नल सिग्नल रिले स्टेशनों के नेटवर्क द्वारा मदद की जाती है। फोन में कन्वर्टर्स रेडियो तरंगों को डेटा में ट्रांसलेट करते हैं, जिसे हम समझते हैं- ऑडियो और इसके विपरीत। यह तकनीक कैलटेक में अंतरिक्ष सौर में अनुसंधान करने के लिए केंद्रीय है, वहां वैज्ञानिकों और इंजीनियरों और नॉर्थ्रॉप ग्रुमैन के सहयोग से।

स्पिरनाक का कहना है कि हाल के महीनों में सोलरन के काम का मुख्य जोर सिर्फ इतना है कि उनके मॉड्यूल के वजन को कम करना है। हालांकि पुन: प्रयोज्य रॉकेट समग्र उत्पादन लागत को और भी नीचे गिरा देंगे, लेकिन स्पिरनाक निकट अवधि में अपनी सांस नहीं रोक रहा है; वह अंतरिक्ष में सोलरन के घटकों को प्राप्त करने के लिए पारंपरिक भारी लिफ्ट वाहनों का उपयोग करने पर विचार कर रहा है।

"हम बहुत समय बिताते हैं बेरहमी से प्रणाली से वजन ले रहे हैं, " स्पिरनाक कहते हैं। "हम अलग-अलग बड़े तत्वों को ओरिगेमी के कुछ दिलचस्प करतबों के साथ एकल लॉन्चर में पैकेज कर सकते हैं, " हालांकि पूरे सिस्टम को अंतरिक्ष में पहुंचाने के लिए अभी भी कई सुपर-हेवी लॉन्चर की आवश्यकता होगी।

जाफ कहते हैं कि अंतरिक्ष सौर के बारे में बात करते समय वह सबसे आम सवाल है कि यह किया जा सकता है या नहीं किया जाना चाहिए, लेकिन अंतरिक्ष के लिए ऊर्जा बीम कितना खतरनाक है। जब वे बीम से गुजरते हैं, तो क्या यह आकाश में पक्षियों और विमानों को फ्लैश नहीं करता है?

"यदि आप 15 मिनट के लिए धूप में बाहर बैठते हैं, तो आप जलते नहीं हैं, " वे बताते हैं। "हमारे रेडियो, टीवी और सेलफोन हमें खाना नहीं बना रहे हैं, और वे सभी समान आवृत्तियों पर हैं जैसा कि प्रस्तावित किया जा रहा है। IEEE [इंस्टीट्यूट ऑफ इलेक्ट्रिकल एंड इलेक्ट्रॉनिक्स इंजीनियर्स] द्वारा निर्धारित [माइक्रोवेव ट्रांसमिशन पर] पहले से ही सुरक्षा सीमाएं हैं, इसलिए आप यह सुनिश्चित करने के लिए एक सिस्टम डिज़ाइन करते हैं कि बिजली एक बड़े क्षेत्र में फैली हुई है। यह गलती से मौत की किरण में नहीं बदल जाएगा। ”

सर्वोत्तम लागत-से-भार अनुपात, स्केल की क्षमता, और एक औसत परमाणु ऊर्जा संयंत्र (1 से 2 गीगावाट) की तुलनात्मक विद्युत उत्पादन क्षमता प्राप्त करने के लिए, अंतरिक्ष में किसी भी सौर संग्रह सरणी का व्यास लगभग एक किलोमीटर होना चाहिए।

जमीन पर संग्रह रिसीवर तदनुसार बड़ा होना चाहिए - अंतरिक्ष आधारित सौर संयंत्र के लिए ऊर्जा के एक गीगावाट, एक किलोमीटर (.62 मील) सौर कलेक्टर के चारों ओर उत्पन्न करने के लिए 3.5-किलोमीटर (2 मील) ऊर्जा को किरण करना होगा। ) जमीन पर रिसीवर। इसके लिए लगभग 900 एकड़ क्षेत्र की आवश्यकता होगी। कैलिफोर्निया में सोलर स्टार सोलर पैनल प्लांट के साथ तुलना करें, वर्तमान में संयुक्त राज्य अमेरिका की सबसे बड़ी सौर उपयोगिता है, जो 3, 200 एकड़ जमीन पर है।

रेडियो-फ़्रीक्वेंसी पॉवर ट्रांसमिशन में एक महत्वपूर्ण कमी है: "सुरक्षित" वेवलेंथ्स जो कि किसी चीज़ से अपवर्तित नहीं होंगी क्योंकि बारिश पहले से ही भीड़भाड़ वाली होती है, नियमित रूप से रेडियो प्रसारण के माध्यम से भरी हुई होती है, साथ ही साथ सैन्य, औद्योगिक और उपग्रह उपयोग भी।

अंतरिक्ष सौर के आलोचकों, उनमें से प्रमुख टेस्ला के एलोन मस्क कहते हैं कि अर्थव्यवस्था के सभी पैमाने और क्षमता को केवल इसलिए हासिल नहीं किया जा सकता है क्योंकि आवश्यक शक्ति को परिवर्तित और पुन: संयोजित किया जाता है।

लेकिन जाफ को उम्मीद है कि फ्यूजन पर पुरानी दरार भी अंतरिक्ष सौर का सच नहीं होगी: "यह पिछले 60 वर्षों से 10 साल दूर है, " वह हंसता है।

मैनकिन्स का मानना ​​है कि वैश्विक आबादी के पूर्वानुमान के साथ सदी के अंत तक 11.3 बिलियन तक विस्फोट हो सकता है, जिसमें से लगभग सभी विकासशील दुनिया में प्रतिनिधित्व करते हैं, अंतरिक्ष सौर सार्वजनिक संस्थाओं और साथ ही निजी भागीदारों द्वारा गंभीर निवेश के हकदार हैं। उनका कहना है कि बुनियादी मानव आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए प्रचुर स्वच्छ ऊर्जा आवश्यक है, साथ ही साथ यह सुनिश्चित किया जाता है कि सभी पर्यावरणीय स्रोतों से ऊर्जा का विनाश हो।

"अगर ऊर्जा स्रोतों का मिश्रण मौलिक रूप से नहीं बदलता है, तो कार्बन न्यूट्रल के लिए कोई रास्ता नहीं है, " मैनकिन्स कहते हैं। “आप चीन में 800 मिलियन लोगों को यह भी नहीं बता सकते हैं कि उन्हें गरीबी को खत्म करना चाहिए। आज के कार्बन के उपयोग को पूरा करने की आवश्यकता नहीं है, बल्कि 70 वर्षों तक आगे बढ़ने की जरूरत है और आज के उपयोग को तीन गुना करने की आवश्यकता है। हमें वास्तव में बड़े समाधानों की आवश्यकता है। ”