Chính phủ Anh được cho là đang xem xét một đề xuất trị giá 16 tỷ bảng để xây dựng một trạm năng lượng Mặt Trời ngoài không gian.
Bạn không đọc nhầm đâu. Năng lượng Mặt Trời trong không gian là một trong những công nghệ nằm trong danh mục Đổi mới Net Zero của chính phủ nước này. Nó đã được xác định là một giải pháp tiềm năng, cùng với những giải pháp khác, nhằm cho phép vương quốc Anh đạt được net zero (sự cân bằng giữa lượng khí nhà kính được tạo ra và bị loại bỏ) vào năm 2050.
Nhưng một trạm năng lượng Mặt Trời trong không gian sẽ hoạt động như thế nào? Ưu điểm và nhược điểm của công nghệ này là gì?
Năng lượng Mặt Trời trong không gian liên quan đến việc thu thập 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 trong không gian bao gồm 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 tạo ra điện, sau đó được truyền không dây đến Trái Đất thông qua sóng vô tuyến tần số cao. Một ăng-ten mặt đất, được gọi là trực tràng, được sử dụng để chuyển đổi sóng vô tuyến thành điện, sau đó được đưa đến lưới điện. Một trạm năng lượng Mặt Trời trong không gian, nằm trên quỹ đạo được Mặt Trời chiếu sáng 24/24 và do đó có thể tạo ra điện liên tục. Điều này thể hiện một lợi thế so với các hệ thống điện Mặt Trời trên mặt đất, một hệ thống mà chỉ có thể sản xuất điện vào ban ngày và bị phụ thuộc vào thời tiết.
Với nhu cầu năng lượng toàn cầu dự kiến sẽ tăng gần 50% vào năm 2050, năng lượng Mặt Trời trong không gian có thể là chìa khóa để giúp đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng trong ngành năng lượng thế giới và giải quyết sự gia tăng nhiệt độ toàn cầu.
Một số thách thức
Một trạm năng lượng Mặt Trời trong không gian dựa trên việc thiết kế mô-đun, khi mà một số lượng lớn các mô-đun năng lượng Mặt Trời sẽ được lắp ráp bởi robot ngay trên quỹ đạo. Việc vận chuyển tất cả những thứ này vào không gian là 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 đầu tiên. Nhưng điều này đã được giải quyết thông qua sự phát triển của các tế bào năng lượng Mặt Trời siêu nhẹ (một tấm pin Mặt Trời bao gồm các tế bào năng lượng Mặt Trời nhỏ hơn). Năng lượng Mặt Trời trong không gian được coi là khả thi về mặt kỹ thuật chủ yếu nhờ vào những tiến bộ quan trọng trong công nghệ 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 trong không gian cũng sẽ đòi hỏi nhiều lần phóng tàu con thoi. Mặc dù năng lượng Mặt Trời trong không gian được thiết kế để giảm lượng khí thải carbon về lâu dài, nhưng lại có lượng khí thải đáng kể liên quan đến các vụ phóng tên lửa vào không gian, cũng như chi phí cho việc này là rất lớn. Các tàu con thoi hiện không thể tái sử dụng, mặc dù các công ty như Space X 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 việc xây dựng hệ thống năng lượng Mặt Trời trong không gian.
Nếu chúng ta quản lý để xây dựng thành công một trạm năng lượng Mặt Trời trong 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 do các mảnh vụn trong không gian. Hơn nữa, các tấm pin trong không gian không được che chắn bởi bầu khí quyển như khi ở trên mặt đất. Chúng phải tiếp xúc với bức xạ Mặt Trời cường độ cao hơn, điều này có nghĩa là chúng sẽ hư hại nhanh hơn so với khi ở trên mặt đất, do đó sẽ làm giảm lượng năng lượng mà chúng có thể tạo ra.
Hiệu quả của việc truyền tải điện không dây cũng là một vấn đề khác. Việc truyền năng lượng qua những khoảng cách lớn – trong trường hợp này là từ một vệ tinh Mặt Trời trong không gian xuống mặt đất – là rất khó. Dựa trên công nghệ hiện tại thì chỉ một phần nhỏ năng lượng Mặt Trời thu được sẽ đến được Trái Đất.
Các dự án thí điểm đã được tiến hành
Dự án điện Mặt Trời không gian ở Mỹ đang phát triển pin Mặt Trời hiệu suất cao cũng như hệ thống chuyển đổi và truyền tải được tối ưu hóa để sử dụng trong không gian. Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Hải quân Hoa Kỳ đã thử nghiệm một mô-đun năng lượng Mặt Trời và hệ thống chuyển đổi năng lượng trong không gian vào năm 2020. Trong khi đó, Trung Quốc đã công bố tiến độ xây dựng trạm năng lượng Mặt Trời không gian Bishan của họ, với mục đích có một hệ thống hoạt động vào năm 2035.
Ở Anh, kế hoạch phát triển điện Mặt Trời trong không gian trị giá 17 tỷ bảng Anh được coi là khả thi dựa trên báo cáo gần đây của Frazer-Nash Consultancy. Dự án dự kiến sẽ bắt đầu với các thử nghiệm nhỏ, với đích đến là một trạm điện Mặt Trời hoạt động vào năm 2040. Vệ tinh năng lượng Mặt Trời sẽ có đường kính 1,7 km, nặng khoảng 2.000 tấn. Ăng-ten trên mặt đất chiếm rất nhiều diện tích – khoảng 6,7 x 13 km và nhiều khả năng sẽ được đặt ngoài biển. Vệ tinh này sẽ cung cấp năng lượng 2 GW cho vương quốc Anh. Mặc dù đây là một lượng điện năng đáng kể, nhưng nó mới chỉ đóng góp một phần nhỏ vào tổng công suất phát điện khoảng 76 GW của Anh. Với chi phí ban đầu rất cao và thu hồi vốn đầu tư chậm, dự án sẽ cần nguồn lực đáng kể của chính phủ cũng như sự đầu tư từ các công ty tư nhân. Nhưng khi công nghệ ngày càng phát triển, chi phí sản xuất và phóng vào không gian sẽ giảm dần. Và 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 trong không gian có thể giúp chúng ta đạt mức net zero vào năm 2050 hay không vẫn còn là thử thách. Các công nghệ khác, như lưu trữ năng lượng đa dạng và linh hoạt, công nghệ hydro và sự 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, điện Mặt Trời đặt trong không gian là tiền đề cho các cơ hội nghiên cứu và phát triển thú vị. Trong tương lai, công nghệ này có thể sẽ đóng một vai trò quan trọng trong việc cung cấp năng lượng toàn cầu.
Minh Phương
Theo Phys.org
