Содержание
Выпуск №37 октябрь 2025
Недавнее исследование британских ученых, оценившее потенциал космических солнечных электростанций для энергосистемы Европы, вновь привлекло внимание к этой технологии. Оно показало, что теоретически постоянный поток энергии с орбиты способен заменить до 80 % наземных мощностей региона. Концепция космических солнечных электростанций предлагает решение главной проблемы возобновляемой энергетики — нестабильности ее функционирования. Однако текущая стоимость проекта в десятки раз превышает земные аналоги, а его реализация зависит не от постепенного улучшения технологий, а от целой серии революционных прорывов.
Солнечная генерация в космосе
В условиях глобального энергетического перехода одной из ключевых задач становится обеспечение стабильности энергосистем при растущей доле возобновляемых источников. Прерывистый характер ветровой и солнечной генерации требует значительных инвестиций в системы накопления и балансировки сети, что напрямую влияет на итоговую стоимость энергии. В этом контексте всё большее внимание привлекает концепция космических солнечных электростанций (Space-Based Solar Power, SBSP), которая была впервые предложена в США еще в 1968 году. Тогда исследования приостановились из-за ряда технических и экономических проблем, таких как сложности с созданием высокоэффективных систем производства и передачи энергии, а также трудности с транспортировкой и сборкой гигантских солнечных панелей на орбите. Однако благодаря последним технологическим достижениям SBSP вновь начала привлекать к себе внимание по всему миру.
Концепция предполагает размещение спутников с солнечными панелями на геостационарной орбите с целью крупномасштабной передачи энергии для использования на Земле. Преимущества сбора энергии в космосе очевидны: отсутствует атмосфера, которая отражает и поглощает свет, а панели можно постоянно ориентировать на Солнце. Это обеспечивает значительно более высокий и стабильный сбор энергии по сравнению с наземными установками.
Предполагается, что на спутнике собранная солнечная энергия преобразуется в микроволны, которые направленным лучом передаются на Землю. При выборе оптимальной частоты они могут проникать сквозь облака и дождь, что делает их практически неуязвимыми для погодных помех. Более того, поскольку передача энергии беспроводная, пункт назначения можно будет изменять по мере необходимости.
На поверхности планеты энергию принимает ректенна, которая преобразует микроволны в электричество. Несмотря на то что диаметр ректенны может достигать нескольких километров, ее физическая площадь составляет всего 8 % от площади ветряной электростанции эквивалентной мощности. Такие приемники можно размещать на суше или даже в море, рядом с морскими ветропарками.
Некоторые страны активно инвестируют в исследования и разработку технологий SBSP. Наиболее ярким примером здесь является Япония, которая уже десятилетиями ведет системные исследования в этой области. Проект SBSP, сформулированный еще в 2009 году, был тогда же включен в «Базовый план космической политики» Японии. В июне 2023 года проект был актуализирован. Таким образом, ближайшей целью стало проведение демонстрационного эксперимента по передаче энергии из космоса на Землю к 2025 финансовому году. Этот эксперимент — лишь первый шаг в долгосрочной дорожной карте, конечной целью которой является создание к 2050-м годам полноценной солнечной электростанции, способной генерировать 1 ГВт электроэнергии — эквивалент мощности одного ядерного реактора.
Первый прогноз для Европы: потенциал космической солнечной энергетики
Насколько значительным может быть вклад описанной технологии, демонстрирует недавнее исследование «Assess space-based solar power for European-scale power system decarbonization», проведенное учеными Королевского колледжа Лондона. Данная работа — первая, в которой рассматривается степень эффективности этого вида производства возобновляемой энергии для европейских энергосистем. Ученые пришли к выводу, что космические солнечные панели, стабильно генерирующие энергию на геостационарной орбите, к 2050 году могут сократить потребность Европы в наземных возобновляемых источниках энергии на 80%.
Исследователи использовали детализированную компьютерную модель энергетической сети, охватывающей 33 страны. Она моделирует спрос на электроэнергию, ее генерацию и хранение, чтобы определить наименее затратный способ удовлетворения энергетических потребностей Европы. В модель была интегрирована концепция SBSP, основанная на «гелиостатном дизайне», разработанном NASA.
В исследовании показывается, что использование SBSP приведет к значительному экономическому эффекту. В частности, оценивается, что потребность в дорогостоящих аккумуляторных системах хранения сократится более чем на две трети. Это, в свою очередь, позволит снизить совокупную стоимость европейской энергосистемы (включая затраты на генерацию, сети и хранение) на 15%. Однако авторы подчеркивают, что их модель не учитывает потенциальные риски, связанные с космической средой, а именно: перегруженность орбит, возможные перебои в передаче энергии или нестабильность луча, что может повлиять на надежность и эксплуатационные характеристики системы.
Стоимость, выбросы и условия для коммерциализации SBSP
Исследование ученых из Лондона основывалось на концептуальных разработках NASA. Однако детальный экономический анализ, проведенный самим космическим агентством США в январе 2024 года, уточняет условия и обозначает конкретные технологические барьеры на пути к реализации этого потенциала.
Экономические ограничения. Согласно базовой оценке NASA, нормированная стоимость электроэнергии от первых промышленных систем SBSP будет чрезвычайно высокой — от 0,61 до 1,59 долл. США за кВт·ч. Это в десятки раз превышает стоимость наземных ВИЭ (0,02–0,05 долл. США за кВт·ч). Причина кроется в колоссальных расходах на космические запуски и сборку на орбите: на эту статью затрат приходится до 77 % от общей стоимости проекта.
Углеродный след технологии уже на текущем уровне выглядит весьма достойно. Интенсивность выбросов на протяжении всего жизненного цикла SBSP оценивается в 26–40 г CO₂-экв./кВт·ч. Это сопоставимо с показателями наземных ВИЭ (13–43 г CO₂-экв./кВт·ч) и значительно ниже, чем у традиционной энергетики. Основным источником выбросов являются тоже запуски (64–72 %). Важно отметить, что анализ не учитывает воздействие ракетных выбросов на верхние слои атмосферы, которое всё еще изучается и может увеличить итоговый показатель, поскольку предполагается, что это влияние более негативно, чем у аналогичных выбросов у поверхности Земли.
Тем не менее в отчете NASA указывается, что при комплексном технологическом прорыве возможно достижение как экономической целесообразности использования космических солнечных электростанций, так и существенного сокращения углеродного следа. При реализации благоприятного сценария стоимость энергии может быть снижена до конкурентоспособных 0,03–0,08 долл. США за кВт·ч., а интенсивность выбросов — до сверхнизких 3,78–4,33 г CO₂-экв./кВт·ч, что лучше показателей даже атомной и ветровой энергетики. Ключевые условия для этого:
- Радикальное снижение стоимости запусков — до 500 долл. США за кг (стоимость запуска на геостационарную орбиту на сегодняшний день составляет от 17 до 35 тыс. долл. США за кг)
- Использование эффективных электрореактивных двигателей для перевода спутников с низкой орбиты на геостационарную
- Увеличение прогнозируемого срока службы космического оборудования с 10 до 15 лет и более (стандартный срок службы существующих геостационарных спутников)
- Масштабное и эффективное производство всех компонентов космической системы — от миллионов стандартных модулей для самой станции до флотилий роботов-сборщиков
Несмотря на очевидные теоретические преимущества SBSP, перспективы превращения ее в рентабельную часть глобальной энергосистемы в обозримом будущем пока выглядят крайне туманными. Технология остается чрезвычайно сложной из-за вызовов, которые ставит сама космическая среда. Поэтому представленная NASA модель снижения стоимости видится крайне оптимистичным сценарием, основанным на допущении, что в ближайшие десятилетия произойдет не просто эволюция, а настоящая революция сразу в нескольких высокотехнологичных отраслях, что позволит снизить стоимость космических запусков в десятки раз.
Источники:
https://www.japan.go.jp/kizuna/2023/08/japans_long-planned_photovoltaics.html
https://www.kcl.ac.uk/news/solar-panels-in-space-could-cut-europes-renewable-energy-needs-by-80
С полным номером «Климатического вестника» № 37 можно ознакомиться по ссылке:
Автор: Анна Андрюшина
