Anh lên kế hoạch xây dựng nhà máy điện mặt trời trong không gian

Hơn 50 tổ chức công nghệ của Anh, bao gồm nhà sản xuất hàng không vũ trụ Airbus, Đại học Cambridge và công ty sản xuất vệ tinh SSTL, đã tham gia Sáng kiến năng lượng không gian của nước này. Dự án được khởi động vào năm ngoái với mục đích khám phá khả năng phát triển một nhà máy điện mặt trời trong không gian.

Theo sáng kiến này, việc truyền điện từ không gian có thể giúp Anh đạt mục tiêu không phát thải khí nhà kính vào năm 2050 với chi phí hiệu quả hơn nhiều công nghệ hiện có. Yêu cầu ngừng hoàn toàn lượng khí thải carbon vào giữa thế kỷ này là một phần trong nỗ lực toàn cầu nhằm ngăn chặn tiến trình biến đổi khí hậu được nêu tại Hội nghị thượng đỉnh COP 26 của Liên Hợp Quốc, diễn ra tại Glasgow vào tháng 11.2021.

Phát biểu tại một hội nghị được tổ chức tại London vào ngày 27.4, Chủ tịch Martin Soltau của sáng kiến này cho biết tất cả công nghệ cần thiết để phát triển một nhà máy điện mặt trời trên không gian đã tồn tại, thách thức là phạm vi và quy mô của dự án. Sáng kiến dựa trên một nghiên cứu kỹ thuật mở rộng do công ty tư vấn Frazer-Nash thực hiện và được chính phủ Anh ủy quyền vào năm ngoái.

Soltau nói: “Nghiên cứu kết luận rằng điều này là khả thi về mặt kỹ thuật và không đòi hỏi bất kỳ đột phá nào về định luật vật lý, vật liệu mới hoặc công nghệ thành phần”.

Các chuyên gia làm việc cho dự án đã thiết lập một kế hoạch phát triển kéo dài 12 năm để xây dựng một nhà máy điện được lắp ráp bằng robot trên quỹ đạo, truyền hàng gigawatt điện từ không gian đến Trái đất sớm nhất vào năm 2035. Họ cũng đang khám phá một module được gọi là CASSIOPeiA, phát triển bởi công ty kỹ thuật International Electric Company của Anh.

Bản chất module của nhà máy điện quỹ đạo có nghĩa là nó có thể được mở rộng sau giai đoạn thử nghiệm. Tuy nhiên, ngay cả module thử nghiệm cũng có kích thước khổng lồ, rộng vài kilomet và cần 300 lần phóng bằng tên lửa lớn cỡ tàu Starship của SpaceX để đưa các thiết bị lên quỹ đạo. Nhà máy sẽ quay quanh hành tinh chúng ta ở độ cao cách mặt đất 36.000 km.

“Các chức năng chính của nhà máy là thu năng lượng mặt trời thông qua các gương lớn, nhẹ và tập trung quang học vào các tế bào quang điện, giống như cách chúng ta làm trên Trái đất. Chúng tạo ra dòng điện một chiều, sau đó được chuyển đổi thành vi sóng thông qua bộ khuếch đại công suất tần số vô tuyến ở trạng thái rắn và truyền trong một chùm vi sóng kết hợp xuống Trái đất”, Soltau cho biết.

Tuy nhiên, CASSIOPeiA sẽ sản xuất nhiều điện hơn bất kỳ nhà máy điện mặt trời nào trên Trái đất có quy mô tương tự. So với một tấm pin mặt trời được đặt ở Anh, một tấm pin mặt trời giống hệt đặt trong không gian sẽ thu được năng lượng nhiều hơn 13 lần, theo Soltau.

Thêm vào đó, một nhà máy điện mặt trời đặt trong không gian sẽ không bị gián đoạn hoạt động như trên Trái đất. Do Mặt trời không phải lúc nào cũng chiếu sáng trên hành tinh của chúng ta và gió cũng không thổi liên tục, nên cần phải có máy phát điện hoặc bộ lưu trữ pin thay thế để tránh mất điện trong điều kiện thời tiết không thuận lợi.

Trên hết, các công nghệ làm cho hệ thống điện chỉ hoạt động dựa trên năng lượng tái tạo trên Trái đất vẫn chưa tồn tại. Soltau nói: “Công nghệ lưu trữ năng lượng vẫn chưa tồn tại ở mức giá và quy mô phù hợp. Chúng tôi cần các công nghệ khác bởi vì chúng tôi không có kế hoạch bổ sung. Net-zero sẽ rất khó khăn và năng lượng mặt trời trên không gian có thể mang đến một lựa chọn thú vị”.

Ý tưởng về một nhà máy điện mặt trời trong không gian đã có từ lâu

Để thu năng lượng từ vũ trụ, hệ thống cần một ăng-ten khổng lồ trên Trái đất, gọi là rectenna. Ăng-ten này nhận bức xạ vi sóng truyền từ không gian và biến đổi thành điện một chiều dùng để truyền qua đường dây cao thế.

“Rectenna sẽ giống một tấm lưới lớn với nhiều ăng-ten lưỡng cực nhỏ. Nó sẽ có kích thước 7-13 km. Con số đó rất lớn nhưng trong bối cảnh của Anh, nó sẽ chỉ chiếm khoảng 40% diện tích của một trang trại năng lượng mặt trời tương đương”, Soltau chia sẻ.

Phát biểu tại hội nghị tương tự, Andrew Ross Wilson, một nhà nghiên cứu kỹ thuật hàng không tại Đại học Strathclyde ở Scotland, đồng ý rằng một trạm năng lượng mặt trời trên không gian là một quan niệm thực tế.

Ông nói: “Khái niệm này đã xuất hiện từ những năm 1960. Một trong những thách thức khi xây dựng một nhà máy như vậy là câu hỏi điều gì sẽ xảy ra với cấu trúc khổng lồ sau khi nó hết thời hạn sử dụng. Chúng ta cần xem xét việc tái chế trong quỹ đạo để thực sự hướng tới một nền kinh tế bền vững”.

Nhiều người có thể lo ngại về bức xạ tiềm tàng từ những tia điện này, nhưng theo Ross, rủi ro là không đáng kể. Ông nói: “Bạn có khả năng nhận được nhiều bức xạ từ điện thoại trong túi hơn là đứng dưới một trong những chùm tia sáng”.

Soltau nói thêm rằng kế hoạch này đã thu hút được sự ủng hộ của chính phủ Anh cũng như các chuyên gia năng lượng. Theo Soltau, Anh có thể đáp ứng hơn 40% nhu cầu điện hiện tại của mình bằng năng lượng tái tạo. Tuy nhiên, nhu cầu về năng lượng sạch sẽ tăng gấp 3 lần trong vòng ba thập kỷ tới khi cơ sở hạ tầng giao thông và việc sưởi ấm không còn sử dụng nhiên liệu hóa thạch.