6. Nội dung luận văn tập trung giải quyết
4.4.Xây dựng mô hình giả định và triển khai mô phỏng động quá trình thu,
biến đổi và truyền năng lượng mặt trời từ Vũ trụ về Trái đất
Chương trình mô phỏng giả định hệ thống vệ tinh năng lượng mặt trời ở dạng 2D và 3D được viết bằng ngôn ngữ Matlab. Các mô hình đã mô tả quá trình thu năng lượng mặt trời, biến đổi chúng thành năng lượng viba và truyền về Trái đất. Quá trình mô phỏng chỉ dừng lại ở cách khái quát cơ chế hoạt động của hệ thống mà chưa diễn tả được sự tương quan của quá trình phát, suy hao và nhận năng lượng tại ăng ten mặt đất.
Quá trình mô phỏng được thực hiện bằng cách thực hiện vẽ các thành phần của hệ thống, quá trình truyền năng lượng và thu năng lượng như: vệ tinh SPS, rectanna, hệ thống truyền tải điện, các tầng khí quyển, chùm tia viba….
Mô phỏng 3D toàn cảnh hệ thống truyền năng lượng viba từ vũ trụ về Trái đất
Hình 35: Sơ đồ thuật toán tổng quát và mô hình toàn cảnh hệ thống truyền năng lượng viba từ vũ trụ về Trái đất
Mô hình mô phỏng giả định toàn cảnh hệ thống vệ tinh SPS truyền năng lượng viba từ vũ trụ về Trái đất được thực hiện bằng cách vẽ Trái đất, các tầng khí quyển, mặt trời, vệ tinh và quỹ đạo quay của vệ tinh. Vệ tinh sẽ chuyển động theo một góc trong hệ trục tọa độ 3 chiều.
Mô phỏng 2D hệ thống truyền năng lượng viba từ vũ trụ về Trái đất
Hình 36: Sơ đồ thuật toán tổng quát và mô hình truyền năng lượng sóng viba từ vũ trụ về Trái đất
Mô phỏng 2D truyền năng lượng sóng viba từ vũ trụ về Trái đất được thực hiện bằng cách vẽ vệ tinh, ánh sáng mặt trời, bề mặt Trái đất, các tầng khí
quyển, hình cầu biểu thị năng lượng viba, các đám mây và hệ thống thu năng lượng trên mặt đất. Các hình động như đám mây, hình cầu biểu thị năng lượng viba được thực hiện bằng cách thay đổi toạ độ (x, y) thông qua các vòng lặp
Hình 37: Sơ đồ thuật toán tổng quát và mô hình hệ thống truyền năng lượng từ SPS tới rectenna và kết nối tới hệ thống truyền tải điện
Mô phỏng 3D hệ thống truyền năng lượng sóng viba từ vệ tinh năng lượng mặt trời tới rectenna và kết nối tới hệ thống truyền tải điện được thực hiện bằng cách vẽ vệ tinh, rectenna, đường điện, hình cầu biểu thị năng lượng viba. Các hình động như các hình cầu biểu thị năng lượng viba được thực hiện bằng cách thay đổi toạ độ (z) thông qua các vòng lặp.
Chương này tập trung khái quát bài toán truyền năng lượng dưới tác dụng của các ảnh hưởng suy hao trong Không gian vũ trụ và Tầng khí quyển trái đất. Các phương trình truyền sóng trong các môi trường chân không, plasma, tự do cũng được xây dựng cùng với những điều kiện giả thiết. Trên cơ sở đó đã viết chương trình mô phỏng giả định hệ thống SPS.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Trong phạm vi đề tài của Luận văn, tác giả đã tập trung nghiên cứu và thu được một số kết quả sau:
a). Đã nghiên cứu tổng quan về một số vấn đề năng lượng, an ninh năng lượng và mô hình cấu tạo khái quát một hệ thống vệ tinh SPS. An ninh năng lượng là vấn đề sống còn của mỗi quốc gia trong vài chục năm tới khi mà các nguồn năng lượng sẵn có như dầu, than đá, gas cạn kiệt. Thêm vào đó là khói, bụi, ô nhiễm mà các nguồn nhiên liệu trên gây ra khi được dùng cho các nhà máy điện. Do đó, việc ứng dụng SPS vào khai thác năng lượng mặt trời là một giải pháp có tính dài hạn cho vấn đề an ninh năng lượng và bảo vệ môi trường.
b). Nghiên cứu tiếp cận các giải pháp KHCN thu nhận, biến đổi, truyền năng lượng mặt trời từ Vũ trụ về Trái đất nhằm mục đích sản xuất điện năng. Các giải pháp KHCN tập trung vào các lĩnh vực xây dựng mô hình tổng quát của hệ SPS, truyền dẫn viba; ma trận ăng ten phát, thu nhận tia viba; hệ thống thiết bị phát viba với công suất lên tới hàng GW và trọng lượng, kích thước cũng rất lớn.
c). Nghiên cứu về bài toán truyền năng lượng trong môi trường không gian. Bài toán truyền năng lượng rất phức tạp khi phải tính tới các yếu tố suy hao gây ra bởi Không gian Vũ trụ và Tầng khí quyển trái đất, cụ thể là áp suất thấp, nhiệt độ lên tới 2000 oC, chiết suất thay đổi, bão từ, mưa, mây mù, plasma và các ion, ảnh hưởng rất lớn tới hiệu suất của toàn bộ hệ thống. Bài toán chưa được bàn luận, công bố một cách tường minh chi tiết trên thế giới. Do đó, trong phạm vi của Luân văn tác giả đưa ra một số phương trình toán học liên quan đến bài toán đơn giản hơn cùng với một số giả thiết.
d). Tham gia triển khai mô phỏng giả định hệ thống SPS để có một cái nhìn toàn cảnh về hệ thống.
Một số quốc gia đã đầu tư hàng chục tỷ USD để nghiên cứu về SPS từ những năm 1970 đến nay, hiện đã đạt được một số thành tựu nhất định và rất khả quan. Dự kiến tới năm 2040 có thể có những nhà máy điện trong không gian đầu tiên. Xu hướng ứng dụng mạnh năng lượng sạch như năng lượng mặt trời vào đời sống, sản xuất là một xu hướng tất yếu trong tương lai không xa. Do đó, Việt Nam cũng nên đẩy mạnh các hoạt động triển khai “Chiến lược nghiên cứu và ứng dụng công nghệ vũ trụ đến năm 2020” và “Chương trình Khoa học và Công nghệ Vũ trụ” đã được Chính phủ phê duyệt. Thêm vào đó, Chính phủ cần đầu tư ngân sách thoả đáng cho lĩnh vực này để có thể triển khai nghiên cứu, khai thác năng lượng mặt trời cả ở trên mặt đất và từ vũ trụ.
DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ
1. Đào Khắc An, Nguyễn Xuân Chung, Đặng Văn Nghị (11/2009), Nghiên
cứu các giải pháp khoa học công nghệ và một số kết quả mô phỏng động quá trình thu nhận, biến đổi, truyền năng lượng mặt trời từ Vũ trụ về Trái đất, Hội nghị vật lý chất rắn và khoa học vật liệu toàn quốc lần thứ 6, Đà
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
1. Đào Khắc An (11/2008), Nghiên cứu tiếp cận các giải pháp khoa học công
nghệ về thu nhận, biến đổi, truyền dẫn năng lượng mặt trời từ Vũ trụ về mặt đất, Thuyết minh đề tài.
2. Đào Khắc An (11/2009), Nghiên cứu đặc điểm, tính chất của hệ SPS thu
nhận, biến đổi sang tia viba năng lượng cao truyền dẫn về thiết bị trên mặt đất và mộ số giải pháp khoa học công nghệ đang được quan tâm hiện nay, các khó khăn thách thức, Tuyển tập báo cáo khoa học (tài liệu không in).
3. Đào Khắc An, Nguyễn Xuân Chung (11/2009), Mô phỏng mô hình giả định
về thu nhận, biến đổi, truyền năng lượng từ Vũ trụ về Trái đất, Báo cáo
chuyên đề 2.1 (tài liệu không in). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
4. Đào Khắc An, Nguyễn Xuân Chung, Đặng Văn Nghị (11/2009), Nghiên
cứu các giải pháp khoa học công nghệ và một số kết quả mô phỏng động quá trình thu nhận, biến đổi, truyền năng lượng mặt trời từ Vũ trụ về Trái đất, Hội nghị vật lý chất rắn và khoa học vật liệu toàn quốc lần thứ 6, Đà
Nẵng.
5. Đào Khắc An (2004), Vật liệu và linh kiện quang điện tử trong thông tin quang, Nhà xuất bản giáo dục, Hà nội.
6. Báo An ninh thế giới (16/9/2009), Dự án sản xuất điện năng trong không
gian của Nhật Bản, số 892.
7. Minh Long (11/11/2009), Nhật sẽ xây dựng nhà máy điện trên trời, Báo
Vnexpress, http://vnexpress.net/GL/Khoa-hoc/2009/11/3BA1583D/
8. GS. Trần Mạnh Tuấn, Ths Đào Thị Hồng Diệp (2006), Các hệ thống Vệ tinh định vị Toàn cầu và ứng dụng, Nhà xuất bản giáo dục, Hà nội.
9. GS. Trần mạnh Tuấn (2007), Công Nghệ Vệ tinh, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà nội.
Tiếng Anh
10. Alan Chun-yip Yeung, Leanne Cheung, Jeff Samandari, Wehibe Belachew, Tesfa Mael, Jose A. Becerra (2004), Wireless Power Transmission.
11. Andrew K. Soubel (2004), Solar Power Satellites and Microwave Power
Transmission, Chicago-Kent College of Law.
12. Brown., W. C. (September 1984), The History of Power Transmission by
Radio Waves, Microwave Theory and Techniques, IEEE Transactions on
13. Carl Q. Christol (1978), Satellite Power System (SPS) International Agreements, HCP-R-4024-08,
http://www.nss.org/settlement/ssp/library/1978DOESPS- InternationalAgreements(Grove).pdf.
14. Charles Shults (2009), First space-to-earth solar power station targeted for
Oct. 2010, http://www.examiner.com/x-8199-Breakthrough-Energy-
Examiner~y2009m7d4-First-spacetoearth-solar-power-station-targeted-for- Oct-2010
15. Claud N. Bain (1978), Potential of Laser for SPS Power Transmission, HCP/R-4024-07, http://www.nss.org/settlement/ssp/library/1978DOESPS- PotentialOfLaserForSPSPowerTransmission.pdf.
16. Darel Preble (January 23, 2009), Designing a Sustainable Energy
Transformation, Alternative Energy now Conference, Lake Buena Vista,
Florida, www.sspi.gatech.edu.
17. Energy Business Reports (2008), Microwave Power Transmission Market Potential, http://energybusinessreports.com/shop/item.asp?itemid=1745
18. Glaser, P. E., Maynard, O. E., Mackovciak, J., and Ralph, E. L, Arthur D. Little, Inc., (February 1974), Feasibility study of a satellite solar power
station, NASA CR-2357, NTIS N74-17784, http://www.toodoc.com/solar- power-satellite-pdf.html
19. Glaser, Peter E. (1968), Power from the Sun: Its Future, Science Magazine
Vol 162, Issue 3856, Pages 857-861. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
20. Glaser, Peter E. (1973), Method And Apparatus For Converting Solar Radiation To Electrical Power, United States Patent 3,781,647.
21. Glaser, P. E., Frank P. Davidson and Katinka Csigi (1998), Solar Power
Satellites, John Wiley & Sons ISBN 0-471-96817-X.
22. IEA (2008), Key world energy statistics, International energy agency,
www.iea.org/textbase/nppdf/free/2008/key_stats_2008.pdf.
23. James Harkins, Dan Livingston, Alex Wong, Aaron Sanders (2008), Space-
Based Solar Power, http://www.docstoc.com/docs/3625467/Space-Based- Solar-Power
24. Jeremy Elton Jacquot (September 7 2007), Orbiting Space Power Systems
Would Convert Sunlight into Laser Beams,
http://www.treehugger.com/files/2007/09/orbiting_space.php
25. John M. Osepchuck (December 2002), How safe are microwaves and solar
power from space?, IEEE microwave magazine.
26. Lin, James C., (March, 2002), Space solar power stations, wireless power
transmissions, and biological implications, IEEE microwave magazine
27. Makoto Nagatomo, Susumu Sasaki and Yoshihiro Naruo, Conceptual study
Science 3-1-1 Yoshinodai, Sagamihara 229 JAPAN,
http://www.spacefuture.com/archive/conceptual_study_of_a_solar_power_ satellite_sps_2000.shtml
28. Mitsushige Oda, Hiroshi Ueno, Masahiro Mori (2003), Study of the Solar
Power Satellite in NASDA; Proceeding of the 7th International Symposium on Artificial Intelligence, Robotics and Automation in Space:i-
SAIRAS2003, NARA, Japan, http://robotics.estec.esa.int/i- SAIRAS/isairas2003/data/pdf/AS38paper.pdf
29. National Space Society (2007), Space Solar Power Limitless clean energy
from space, http://www.nss.org/settlement/ssp/
30. National Space Society (July 25 2008), A new technology that could cure
our addiction to oil, http://www.nss.org/settlement/ssp/ 31. NationMaster (2007), Solar Power Satellite,
http://www.statemaster.com/encyclopedia/Solar-power-satellite.
32. Peter Glaser (February 23 2000), The World Needs Energy from Space,
http://www.space.com/opinionscolumns/opinions/glaser_000223.html 33. Shinohara (2006), Wireless Power Transmission for Solar Power Satellite
(SPS), http://www.sspi.gatech.edu/wptshinohara.pdf
34. Simonyi Karoly, Villamossagtan (1960), Tankonyv kiado Vallalat, Budapest.
35. Solar Splinter Group (2006), Preliminary Synthesis of Opportunities, (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
http://spaceinvestmentsummit.com/lcr3/presentations/3_Closing_Plenary_S ession_Presentations/3.1_Space_Solar_Power_Outbrief.pdf
36. The Daily Gataxy (July 24 2008), Will Space-Based Solar-Powered Lasers
Solve Our Energy Future?,
http://www.dailygalaxy.com/my_weblog/2008/07/our-energy-futu.html
37. Tomohiko Mitani1, Naoki Shinohara1, Kozo Hashimoto1 and Hiroshi Matsumoto (2006), Study on High-efficiency and Low-noise Wireless
Power Transmission for Solar Power Station/Satellite,
www.jgsee.kmutt.ac.th/see1/cd/file/A-006.pdf.
38. URSI (july 2006), Supporting Document for the URSI White Paper on
Solar Power Satellite Systems,
http://www.ursi.org/WP/SupportingDocument1.pdf.
39. URSI (june 2007), The radio science bulletin, No 321, pp 12-26. 40. Wikipedia, Solar power satellite, http://vi.wikipedia.org.
41. Wikipedia, Microwave power transmission, http://vi.wikipedia.org. 42. Wikipedia, Solar energy, http://vi.wikipedia.org.