نیروگاهی در پس ابرها

در سال های اخیر تامین انرژی مورد نیاز برای بخش های مختلف جامعه که جمعیت آن به شدت در حال افزایش است، یکی از مشکلات بزرگ همه دولت هاست که افزایش قیمت حامل های انرژی و همچنین مشکلات زیست محیطی حاصل از سوخت های فسیلی از جمله آنهاست. با توجه به این مشکلات بود که بسیاری استفاده از منابع تجدیدپذیر از جمله آب و باد را پیشنهاد کردند. هرچند که این روش ها مزیت هایی دارد، اما نتوانست پاسخگوی همه نیازهای انسان باشد، علاوه بر اینکه خود مشکلات دیگری را به وجود آورد. به همین دلیل برخی با ایده گرفتن از نیروگاه های خورشیدی زمینی پیشنهاد کردند که نیروگاه های خورشیدی در فضا مستقر شود و انرژی را به صورت امواج به زمین انتقال دهد. هرچند این فکر بسیار خلاقانه به نظر می رسد، دشواری های بسیار از جمله دشواری های فناوری مربوط به ساخت تجهیزات و همچنین هزینه های زیاد طراحی، ساخت و به کارگیری این سیستم، چشم انداز استفاده از این روش را تیره و تار کرده است. نگاهی داریم به نیروگاه های انرژی خورشیدی ماهواره یی .
ماهواره انرژی خورشیدی (SPS) یا پاورست ماهواره یی است که انرژی خورشیدی را به صورت پرتوهای ریزموج به آنتن های بسیار بزرگ مستقر در زمین منتقل خواهد کرد. مزیت های ارسال ابزارهای جمع کننده انرژی خورشیدی به فضا بسیار است، از جمله آنکه مسیر انرژی خورشید به این ماهواره هیچ گاه بسته نمی شود و در نتیجه چرخه های شبانه روز، فصل ها یا وضعیت آب و هوایی بر آن تاثیری ندارد.
این انرژی یکی از انرژی های تجدیدپذیر است، آلاینده یی منتشر نمی کند و زباله یا ضایعاتی تولید نمی کند. با این همه هزینه های طراحی، ساخت و به کارگیری آن زیاد است و نمی تواند با دیگر روش های متداول تولید انرژی رقابت کند (با توجه به قیمت های فعلی انرژی)، مگر آنکه وضعیت جاری تغییر کند و یکی از این شرایط محقق شود.
- دسترسی به روش های ارزان پرتاب ماهواره
- تغییر نظر مسوولان (دولت ها، صنایع و...) مبنی بر آنکه زیان های روش های استفاده فعلی از سوخت های فسیلی زیاد است و باید روش تازه یی را ابداع کرد.
- هزینه های انرژی آنقدر زیاد شود که نیاز به انرژی های جایگزین احساس شود.
این شیوه تولید انرژی مزیت های بسیاری دارد که امنیت تامین انرژی از جمله مهم ترین آنهاست.
مفهوم ماهواره های انرژی خورشید ابتدا در سال ۱۹۶۸ ارائه شد، اما از آنجا که در آن زمان روشی عملی برای فرستادن انرژی خورشیدی از مدار به زمین وجود نداشت، آن را غیرممکن می دانستند. اما در سال ۱۹۷۳ روشی برای انتقال انرژی خورشیدی از فضا به زمین ارائه شد. بعدها ناسا به این طرح علاقه مند شد و قراردادی را با چند شرکت پژوهشی امضا کرد. آنها دریافتند که اگرچه این طرح دشواری هایی دارد (همانند هزینه های بسیار زیاد ساخت و ارسال ماهواره ها به فضا و نداشتن تجربه کافی در مورد چنین طرح هایی در این مقیاس بزرگ) اما ارزش پژوهش و تحقیق بیشتر را دارد. طی سال های
۱۹۸۱- ۱۹۷۸ کنگره امریکا سازمان انرژی این کشور و ناسا را مامور کرد تا با همیاری یکدیگر گزارشی از امکان پذیر بودن و همچنین هزینه ها و ساختارهای لازم برای انجام چنین طرحی ارائه کنند. در این مورد گزارش های بسیاری منتشر شد که بیشتر آنها حاکی از این بود که انجام چنین طرحی غیرممکن است.
اما از آنجا که در سال های اخیر، تقاضا برای انرژی به شدت زیاد شده و هزینه های تامین انرژی به شدت افزایش یافته، یک بار دیگر این طرح در کانون توجه قرار گرفته است. سال گذشته نیز سازمان دفاع امریکا اعلام کرده بود به این طرح علاقه مند است. یکی از انتقادهایی که به این طرح وارد می شود هزینه های بسیار زیاد طراحی، ساخت و به کارگیری ماهواره های آن است. اما از طرف دیگر گفته می شود با توجه به اینکه پس از ساخت، استفاده و به کارگیری آن هزینه دیگری ندارد، هزینه های اولیه ساخت و طراحی آن جبران می شود. هر ماهواره انرژی خورشیدی از سه بخش اصلی تشکیل شده است.
۱) جمع کننده انرژی خورشید. این جمع کننده از نوع سلول های خورشیدی است.
۲) یک آنتن ریزموج که روی ماهواره نصب می شود و رو به زمین است.
۳) یک یا چند آنتن که روی سطح زمین نصب می شود.
از بسیاری جهات طراحی و ساخت ماهواره انرژی خورشیدی آسان تر از دیگر سیستم هایی است که پیش از این برای تولید انرژی ارائه شده است. از آنجا که این سیستم پس از ساخت در فضا مستقر می شود، باد یا وضعیت نامناسب جوی تاثیری در کارکرد آن نخواهد داشت. در این روش فوتون های خورشید پس از رسیدن به ماهواره، انرژی الکتریکی تولید می کند. این انرژی پس از تبدیل شدن به پرتوهای ریزموج به زمین ارسال می شود. آنتن های زمینی پس از دریافت این پرتوها، یک بار دیگر آن را به الکتریسیته تبدیل می کنند.
یکی از مهم ترین بخش های این سیستم ارسال انرژی جمع آوری شده به مقصد است. این انرژی را هم به صورت ریزموج و هم به صورت پرتوهای لیزر با فرکانس های بسیار گوناگون (که به طراحی سیستم بستگی دارد) می توان ارسال کرد. هرکدام از این گزینه ها که انتخاب شود، یک محدودیت مهم وجود دارد و آن هم اینکه پرتوها نباید یونیزه کننده باشد تا اختلالی در سیستم های زیستی و بوم شناختی ایجاد نشود. به همین دلیل حد بالایی برای فرکانس امواج تعریف شده است. از آنجا که یونیزه شدن مواد زیستی تا امواج فرابنفش و بالاتر از آن شروع نمی شود، بسیاری از فرکانس های رادیویی برای این هدف مناسب است.
گفتنی است ویلیام براون در سال ۱۹۶۴ یک هلیکوپتر مدل ساخت که انرژی لازم برای پرواز را به وسیله پرتوهای ریزموج دریافت می کرد.
بیل براون نیز بین سال های ۱۹۶۹ تا ۱۹۷۵ توانست ۳۰ کیلووات را با بازدهی ۸۴ درصد به فاصله ۵/۱ کیلومتری ارسال کند.
یکی دیگر از موضوع هایی که باید به آن توجه کرد اندازه خود ماهواره است؛ اندازه ماهواره تحت تاثیر چندین عامل از جمله فاصله زمین تا مدار زمین ثابت (۳۵۷۰۰ کیلومتر)، طول موج پرتو انتخاب شده و دیگر قانون های فیزیک است.
برای آنکه بازدهی حداکثر باشد آنتن ماهواره باید دایره یی و قطر آن یک کیلومتر یا بیشتر باشد. آنتن زمینی هم باید بیضی شکل و حداقل قطر آن ۱۰ کیلومتر باشد.
● مزیت ها و عیب های ماهواره انرژی خورشیدی
مفهوم ماهواره های انرژی خورشیدی بسیار جالب توجه است زیرا این فضا برای جمع آوری انرژی خورشیدی مزیت های بسیاری نسبت به سطح زمین دارد. از جمله اینکه در فضا هوایی وجود ندارد و در نتیجه صفحه های خورشیدی می تواند مقدار بیشتری از انرژی را جذب کند، در عین حال وضعیت آب و هوا تاثیری بر کارکرد آن ندارد. با توجه به اینکه این سیستم می تواند پیوسته انرژی را به زمین ارسال کند، از تهیه ابزارهای گرانقیمت ذخیره سازی انرژی جلوگیری می شود. یکی از دشواری های دیگر روش های تامین انرژی تهیه ابزارهای ذخیره ساز (مانند منابع بزرگ ذخیره نفت) است. علاوه بر اینها استفاده از سوخت های فسیلی باعث رها شدن گازهای آلاینده در محیط زیست شده که مشکلات زیست محیطی بسیاری را به وجود آورده است. همچنین گازهای گلخانه یی باعث گرمایش زمینی و پیامدهای ناخوشایند بسیاری شده اند. بسیاری بر این باورند که برای اجتناب از این مشکلات باید از منابع انرژی تجدیدپذیر همانند آب و باد استفاده کرد. هرچند استفاده از این منابع مزیت های نسبی دارد، اما مشکلات استفاده از آب (ساختن سدها یا مشکلات بوم شناختی ساخت سدها) بر کسی پوشیده نیست.
از طرف دیگر استفاده از ماهواره های انرژی خورشیدی دشواری های بسیاری دارد که به نظر می رسد بهره برداری از آن به زودی امکان پذیر نشود. مهم ترین این دشواری ها هزینه های بسیار زیاد پروازهای فضایی است. هم اکنون هزینه پرواز شاتل های فضایی بین ۶۶۰۰ تا ۱۱ هزار دلار به ازای هر کیلوگرم است. محاسبه ها نشان می دهد برای استفاده از چنین روش هایی هزینه پرتاب ها باید بین ۲۲۵-۱۸۰ دلار به ازای هر کیلوگرم کاهش یابد.

سلیمان فرهادیان

منبع : روزنامه اعتماد