Космическая солнечная энергетика способна сократить потребность Европы в наземных возобновляемых источниках энергии на величину до 80%. К такому выводу пришли ученые из Королевского колледжа Лондона в своем новом исследовании, посвященном интеграции орбитальных электростанций в энергосистему будущего.
Исследование, основанное на двух концепциях космических солнечных электростанций (СЭС), разработанных NASA для ввода в эксплуатацию к 2050 году, показало значительный экономический потенциал. Согласно расчетам, даже если стоимость электроэнергии от «роевой» конструкции СЭС будет в 6–9 раз выше прогнозируемой цены на наземную фотовольтаику, общие затраты на энергосистему Европы сократятся на 7–15%, что эквивалентно экономии до 35,9 миллиарда евро ежегодно. При такой цене космическая энергетика сможет вытеснить до 80% мощностей ветряных и солнечных станций, а также снизить потребность в аккумуляторных батареях более чем на 70%, хотя сезонное хранение энергии, например с помощью водорода, останется необходимым.
Анализ показал разную эффективность двух подходов. «Роевая» конструкция, состоящая из множества управляемых зеркал-отражателей, непрерывно фокусирующих солнечный свет на концентраторе для преобразования в микроволновое излучение, оказалась экономически перспективной. В то же время вторая, «планарная» конструкция, представляющая собой единую панель с фотоэлементами с одной стороны и микроволновым передатчиком с другой, при прогнозируемых затратах на 2050 год остается нерентабельной. При этом уровень технологической готовности более простого планарного дизайна выше, чем у сложного «роевого».
«Достижение нулевых выбросов к 2050 году потребует значительного перехода на возобновляемые источники энергии, и эта новая технология может сыграть ключевую роль в этом переходе», – заявил профессор Вэй Хэ, ведущий автор исследования, опубликованного в журнале Joule. «Мы впервые продемонстрировали положительное влияние, которое эта технология может оказать на Европу. Хотя ее осуществимость все еще находится на стадии изучения, наша работа подчеркивает ее огромный экономический и экологический потенциал в случае внедрения».
Концепция космических СЭС активно прорабатывается в разных частях мира, включая Китай, который, возможно, продвинулся дальше всех, а также Японию, Великобританию, США и Европу. Техническая жизнеспособность таких проектов может быть достигнута уже в 2030-х годах. Основными вызовами остаются сборка массивных спутников на орбите и безопасная передача энергии на Землю с помощью микроволнового луча.
Авторы подчеркивают, что большинство предыдущих работ были сосредоточены на технической стороне проекта, в то время как их исследование впервые моделирует интеграцию космической энергетики в будущую европейскую энергосистему, где доминируют наземные ВИЭ. Для этого ученые использовали модель, основанную на прогнозах спроса на электроэнергию от европейской сети системных операторов передачи электроэнергии ENTSO-E на 2050 год.
В качестве стратегии развития предлагается поэтапный подход. На начальном этапе можно сосредоточиться на демонстрации планарной конструкции, чтобы отработать ключевые технологии, такие как беспроводная передача энергии и модульная сборка на орбите. Параллельно следует ускорить исследования и разработки более сложных систем, подобных «роевой», которые способны генерировать энергию почти непрерывно. Такой план позволит сбалансировать создание реального прототипа СЭС в ближайшей перспективе с долгосрочной целью по-настоящему изменить ландшафт возобновляемой энергетики.