suất a, Khái quát
Kích thước của các thiết bị phát và thu trong trường xa phụ thuộc chủ yếu vào khoảng cách truyền năng lượng, vào bước sóng sử dụng, sự hấp thụ, suy hao và tán xạ của môi trường đối với bước sóng của chùm tia sử dụng. Các vấn đề này không những đối với các chùm tia bức xạ radio, mà cả cho các chùm Laser. Điều kiện Rayleigh khẳng định rằng bất cứ sóng radio, sóng Viba, tia Laser nào sẽ lan truyền và dần suy hao, khuếch tán khi vượt qua một khoảng cách. Angten phát càng lớn, hoặc cấu trúc Laser càng lớn so với bước sóng bức xạ thì chùm tia càng chụm với mật độ cao, là hàm của khoảng cách và sự lan truyền càng ít ra các phía bên cạnh. Truyền năng lượng bằng chùm tia Viba sẽ
GVHD: TS. Lâm Hồng Thạch -34- HV: Trần Trọng Vinh
Chương 2: Các phương pháp truyền năng lượng sử dụng sóng điện từ
có hiệu quả hơn truyền bằng chùm laser, vifnos sẽ ít bị suy hao do sự hấp thụ bởi môi trường (có hơi nước, mây mưa, bụi, plasma…).
Phương pháp thu năng lượng mặt trời từ vũ trụ, biến đổi sang dạng chùm tia Viba hay chùm tia Laser truyền về Trái đất, sau đó biến đổi thành năng lượng điện truyền đến nơi sử dụng. Phương pháp này dùng vệ tinh năng lượng mặt trời (Solar Power Sateline – SPS) để thu năng lượng mặt trời, biến đổi sang chùm tia viba (laser) rồi truyền về Trái đất. Ở phía thu, có angten chỉnh lưu biến đổi tia vi ba lại thành điện năng (DC, AC) rồi đưa đến nơi sử dụng. Phương pháp tiếp cận này có nhiều ưu điểm nổi trội như năng lượng mặt trời trong vũ trụ có cường độ cao gấp 8 lần cường độ trên mặt đất, thiết bị SPS trên vũ trụ hầu như không cần bảo trì bảo dưỡng. Ngoài vũ trụ, trên quỹ đạo GEO năng lượng mặt trời hầu như có quanh năm, có hiệu ứng bơm gần như liên tục đưa năng lượng xuống mặt đất rồi chuyển đổi thành điện một chiều hoặc xoay chiều để dẫn đi đến nơi xa để tiêu thụ. Hệ hống SPS yêu cầu điện tích nhỏ hơn khoảng 1/5 lần so với hệ thống thu năng lượng mặt trời trên mặt đất. Một tấm panel PV hoạt động thường xuyên ở Mỹ sẽ cho trung bình từ 19 đến 56 w/m2. Còn một rectenna của SPS có thể cho liên tục 230 w/m2. Kích thước của rectenna yêu cầu để thu 1w chỉ bằng từ 8.2% đến 24% của kích thước của PV trên mặt đất. Một hệ thống SPS có thể cấp năng lượng cho bất cứ một khu vực nào trên mặt đất, cả vùng sâu vùng xa, các trạm quân sự trên các hải đảo xa… chỉ cần hướng angten phát năng lượng về vị trí mong muốn và đặt angten thu nơi mong muốn… Tuy nhiên phương pháp này cần đến nhiều giải pháp khoa học công nghệ cao tổ hợp lại đan xen vào nhau, cần chi phí lớn để phóng vệ tinh SPS lên quỹ đạo, chị phí ban đầu đắt tiền. Hiện nay giá thành phóng tên lửa đưa vệ tinh SPS lên quỹ đạo khá lớn, vệ tinh càng nặng càng đắt. Giá phóng hiện nay lên quỹ đạo LEO cỡ từ 6600 – 11000 USD/kg tùy từng hãng. Theo ước tính trong tương lai giá thành vào khoảng 400 – 500 USD/kg để đưa lên quỹ đạo LEO là có thể chấp nhận được. Theo các số liệu thiết kế hiện nay thì một vệ tinh SPS có thể tạo ra 8.75 TeraWatt-Giờ (Tw.h) điện năng trong một năm hoặc 175 TW.h sau chu kỳ thời gian sống, ví dụ là 12 năm. Theo giá điện năm 2006 là
GVHD: TS. Lâm Hồng Thạch -35- HV: Trần Trọng Vinh
0,22 USD/KW.h (giá ở Anh) thì một SPS có thể truyền năng lượng về vị trí đặt rectenna trên mặt đất là 1,93 tỷ USD một năm hay cho 38,6 tỷ USD trong khoảng thời gian sống của vệ tinh SPS . Còn một SPS nhỏ kinh tế hơn cung cấp 4 GW thì có thể cho 154 triệu USD trong thời gian sống của nó. Còn nếu giá điện là 5 cent như ở Bắc Mỹ hiện nay thì một SPS cho 5 GW vào mạng ở mặt đất trong vòng 20 năm thì sẽ cho số tiền là 43,3 tỷ USD.
b, Quá trình hình thành và phát triển
Ý tưởng sử dụng năng lượng mặt trời ngoài vũ trụ đưa về Trái đất để
phục vuk cho một số mục đích như biến đổi thành năng lượng điện, nhiệt, phục vụ cho anh ninh quốc phòng đã có từ lâu nhưng mãi đến năm 1968 khi có khái niệm về hệ thống vệ tinh năng lượng (Solar power Satellite – SPS) chính thức được đưa ra, thì hướng này mới được phát trọng. Mỹ đang đưa một dự án vào sử dụng thử nghiệm vào tháng 10 năm 2010, Nhật Bản quyết tâm đạt kết quả ứng dụng sau một số năm tới (dự kiến trước năm 2020).