에너지
과학 소설에서 하늘 높은 아이디어까지: 궤도 태양 전지판은 좋은 생각일까?
지구에서뿐만 아니라 우주 자체에서 태양의 에너지를 활용하는 것을 상상해 보십시오. 이것이 우주 태양 전력(USSP)의 본질입니다.
고급 개념으로, 우주에서 태양 에너지를 수집하여 지구로 전송하는 것입니다. 이 방법은 밤과 날씨 조건 gibi 지구적 제한을 우회하여 태양 에너지의 연속적이고 방해받지 않는 흐름을 보장합니다.
과학 소설처럼 들릴 수 있지만, USSP背后的 기본 원리는 태양 자체만큼이나 시간이 지남에 따라 변하지 않는 것입니다.
우주 태양 전력을 정의하자면, 우주에서 수집된 태양 에너지를 무선으로 지구로 전송하는 깨끗한 에너지 원입니다.
태양은 약 45억 년의 수명이 있으며,真正로 장기적인 에너지 솔루션을 제공합니다. 또한, 우주 태양 전력은 온실 가스를 배출하지 않으며, 점점 부족해지는 신선한 물, 귀중한 농지, 또는 천연 가스 유래의 비료에 의존하지 않습니다.
또한, 우주 태양 전력은 유해한 폐기물을 생성하지 않으며, 전통적인 태양 전력 솔루션과 달리, 구름, 일조 변동, 또는 바람의 속도에 영향을 받지 않습니다.
우주 태양 전력이 제공하는 기회는 많은 조직이 이를 중심으로 솔루션을 개발하도록 영감을 주었습니다. 우주 기반 태양 전력 시장의 주요 플레이어로는 에어버스, 아주르 스페이스 솔라 파워 GmbH, 프랠록 LLC, 일본 항공 우주 탐사 기관, 노스롭 그루먼, 보레고 에너지 LLC, 솔라렌 코퍼레이션, 스페이스 테크 GmbH, 스페이스 캐나다, DHV 테크놀로지 등이 있습니다.
이러한 비즈니스와 그 솔루션을 더 깊이 이해하기 전에, 우주 기반 태양 전력 시스템이 무엇인지와 왜 깨끗한 재생 에너지 생산을 위한 실용적인 솔루션인지 살펴보겠습니다.
우주 기반 태양 전력 시스템의 과학
연구에 따르면, 지구는 매 시간마다 1년 동안 인간이 소비하는 에너지보다 더 많은 태양 에너지를 받습니다. 흥미롭게도, 지구 대기层은 이 태양 에너지의 약 30%를 다시 우주로 반사합니다.
우주 태양 전력 생성 시스템은 우주에서 잃어버린 풍부한 태양 에너지를 활용합니다.毕竟, 대기 간섭이 없는 상태에서 지속적인 일조로 인해 이러한 위성 기반 시스템은 매우 효율적입니다. 전통적인 태양 전지판보다 훨씬 더 많은 에너지를 지구로 전송할 수 있습니다.
이러한 우주 기반 태양 전력 수집 및 전송 시스템에서, 태양 전지판이 장착된 위성은 또한 에너지 전송 기능을 갖추고 있습니다. 대형 미러를 사용하여大量의 태양 광선을 작은 태양 수집기에 집중시킵니다. 이 고강도, 끊임없는 태양 복사는 무선으로 지구로 안전하게 전송됩니다.
우주 태양 전력의 실용성: 기술 혁신
우주 태양 전력의 전송은 최근의 기술 혁신으로 실현 가능해졌습니다. 전송 시스템은 두 가지 유형으로 나뉩니다.
첫 번째는 마이크로파 전송 태양 위성이며, 두 번째는 레이저 전송 태양 위성입니다. 마이크로파 전송 위성에서, 일조가 대형 미러에 반사되어 위성의 중심으로 전송되어 지구로 마이크로파 에너지로 전송됩니다.
두 번째 유형인 레이저 전송 위성은 마이크로파 빔 대신 레이저를 사용합니다. 이러한 위성은 일반적으로 다른 작은 위성과 함께 작동하며, 그 크기가 작기 때문입니다.
이 두 가지 설정의 경제적 실용성에 대해 말하자면, 레이저 태양 위성은 상대적으로 낮은 초기 투자 비용을 가지고 있습니다. 레이저 빔의 직경이 작아 지상에서 구현하기 쉽고廉价합니다.
그러나 마이크로파 태양 위성은 비, 구름, 또는 대기 조건과 같은 상황에서 끊임없는 전력을 수집하여 전송하는 데 목적을 달성합니다. 지구의 수신기에 1 기가와트의 에너지를 제공할 수 있습니다. 이는 큰 도시를 구동하는 데 충분한 에너지입니다.
이러한 발전을 논의하면서, 이러한 기술적 기적이 하루아침에 이루어진 것이 아니라는 것을 결코 잊어서는 안 됩니다. 이는 오랜 과학적 및 기술적 연구의 결과입니다. 우주 태양 전력의 미래 잠재력을 이해하기 위해, 이를 맥락화해야 합니다.
우주 태양 전력 개념의 발전: 시작부터 현재까지
1970년대:
- 미국에서 우주 태양 전력 개념에 대한 연구가 시작되었습니다.
1980년대:
- 아시아에서 우주 태양 전력 개념에 대한 연구가 시작되었습니다.
1990년대 후반 – 2000년대 초:
- 1998:우주 태양 전력 개념 정의 연구에서 신뢰할 수 있고 상업적으로 실용적인 우주 태양 전력 개념과 관련된 기술적 및 프로그램적 위험을 식별했습니다.
- 1998:일본의 우주 기관은 여전히 활동 중인 우주 태양 전력 시스템을 개발했습니다.
- 1999:NASA의 우주 태양 전력 탐색 연구 및 기술 프로그램이 시작되었습니다.
2010년대 초 – 2020년대:
- 2010:인도 우주 연구 기관은 우주 태양 전력의 기초 작업을 시작했습니다.
- 2012:중국은 인도와의 우주 태양 전력 공동 개발을 제안했습니다.
- 2015:캘테크와 노스롭 그루먼 코퍼레이션은 우주 기반 태양 전력 시스템 개발을 위해 3년간 약 1,750만 달러를 배정하여 우주 태양 전력 이니셔티브를 설립했습니다.
2020년대:
- 2022: 영국은 2040년대 중반까지 최초의 우주 전력망을 발사하고 이 에너지 源으로부터 전기 수요의 30%를 목표로 하는 우주 에너지 이니셔티브를 발표했습니다.
- 2022: 유럽 우주 기관은 2030년부터 태양 전력 위성을 운영할 계획인 솔라리스 프로그램을 발표했습니다.
- 2023: 캘테크의 우주 태양 전력 시연기(SSPD-1)가 지구로 검출 가능한 전력을 성공적으로 전송했습니다.
이러한 해 동안, 다양한 국가 정부, 대학 연구 부서, 및 국가 자금 지원 기관은 우주 태양 전력의 인프라와 가능성을 탐구해 왔습니다.
노스롭 그루먼, 에어버스, 솔라렌 코퍼레이션과 같은 비즈니스 및 회사에서도 이 변革적인 에너지 源을 개발하는 데 중요한 기여를 했습니다.
이러한 우주 태양 전력 프로그램의 많은 부분이 국가 정부, 대학 연구 부서, 및 국가 자금 지원 기관에서 나왔지만, 노스롭 그루먼, 에어버스, 솔라렌 코퍼레이션과 같은 비즈니스 및 회사도 이 변革적인 에너지 源을 활용하는 데 중요한 역할을 했습니다.
변혁적인 우주 태양 전력 이니셔티브를 가진 회사
1. 노스롭 그루먼
이 분야에서 우수한 회사 중 하나는 노스롭 그루먼입니다. 우주 태양 전력 증분 시연 및 연구(SSPIDR) 프로젝트 팀은 우주에서 태양 에너지를 수집하여 지구의 어디로든 전송하는 것을 현실로 만들기 위해 노력하고 있습니다.
이 프로젝트는 우주에서 고효율의 태양 전지판을 사용하여 태양 에너지를 수집하고 이를 무선 주파수(RF) 에너지로 변환하여 지구의 수신기에 전송하는 것을 목표로 합니다.
노스롭 그루먼은 우주용 태양 전지판 시스템을 개발하는 선도적인 회사입니다. 그들의 광전지 하위 어셈블리는 최신 기술을 사용하여 태양 전지를 회로에 연결합니다.
또한, 노스롭 그루먼은 태양 전지판을 제작하며, 이를 통해 우주 태양 전력 이니셔티브가 앞으로 나아갈 수 있습니다.
2022년, 노스롭 그루먼은 366억 달러의 매출을 기록했으며, 1주당 25.54달러의 거래 조정 후 수익을 달성했습니다. 2022 회계 연도에 노스롭 그루먼의 순이익은 거의 50억 달러에 달했습니다.
2. 에어버스
또 다른 우수한 회사인 에어버스는 전력 빔 솔루션을 개발하여 유럽이 독립적으로 더 많은 재생 에너지를 사용할 수 있도록 도와주고 있습니다. 새로운 에너지 네트워크는 하늘에서 독립적이고 지속 가능한 전력 공급을 제공할 것입니다.
에어버스는 또한 태양 전지판, 광전지 어셈블리, 및 태양 전지 어셈블리를 제작하며, 이를 통해 우주 태양 전력 시스템을 개발할 수 있습니다.
에어버스의旗艦 프로그램인 제피르(Zephyr)는 고고도 의사위성으로, 전적으로 태양 에너지로 구동됩니다.
2022년, 에어버스는 588억 유로의 매출을 기록했으며, 조정 후 영업 이익은 56억 유로였습니다. 에어버스의 자유 현금 흐름은 47억 유로였으며, 1주당 1.80유로의 배당을 제안했습니다.
3. 솔라렌 코퍼레이션
이 분야의 새로운 혁신자인 솔라렌 코퍼레이션은 우주에서 비용 경쟁력 있는, 제로 배출 전기를 전송하는 방법을 개발했습니다.
다음 10년 동안, 솔라렌은 최초의 우주 태양 전력 플랜트를 개발, 발사, 운영하고 전기를 판매할 것입니다. 솔라렌은 미국, 유럽 연합, 중국, 일본, 인도, 캐나다, 및 러시아 연방과 같은 국가에서 우주 태양 전력 시스템에 대한 특허를 획득했습니다.
솔라렌의 우주 태양 전력 솔루션은 많은 이점을 가지고 있습니다. 24/7 깨끗한 기초 부하 전기 공급, 비용 경쟁력, 배출이 없는 전기, 및 핵 방사선의 영향이 없는 전기입니다. 또한, 열적 냉각을 위한 물이 필요하지 않으므로, 바다, 강, 및 호수가 가열되는 가능성이 없습니다.
솔라렌의 우주 태양 전력 솔루션은 두 가지 구성 요소로 구성됩니다. 태양 전력 위성과 지상 수신기입니다. 위성은 태양 전지판 및 RF 어레이/안테나를 사용하여 에너지를 수집 및 전송합니다. 지상 수신기는 수신 안테나를 통해 전송된 전력을 수신합니다.
2023년 7월, 솔라렌은 최근 자금 조달 라운드를 성공적으로 완료했으며, 스카시드 벤처스(Skyseed Ventures)가 주도했습니다. 솔라렌은 이 라운드에서 246만 달러를 조달했습니다.
전세계적인 영향과 우주 태양 전력의 실용성
고도로 발전된 기술이 우주 기반 태양 전력 시스템을 개발하는 데 도움이 되었습니다. 우주 차량, 위성, 로버, 및 기타 우주 인프라를 구동하는 데 사용됩니다. 우주에서 수집된 태양 에너지는 이러한 시스템이 장기간 동안 지속적으로 작동하도록 도와줍니다.
이러한 혁신은 우주로 장비를 발사하는 비용을 낮추어 왔습니다. 우주 기반 태양 전력 수집 및 전송 아키텍처의 유지 보수 비용도 낮아졌습니다. 로봇공학 및 자동화의 증가된 사용은 비용을 낮추고 효율성을 높이는 데 중요한 역할을 할 것입니다.
추정에 따르면, 북미는 전 세계 수익의 약 2/5를 차지하며, 가장 큰 시장입니다. 그러나 미래의 성장 동인으로 본다면, 중국과 인도가 높은 잠재력을 가지고 있습니다.
克服해야 할 도전
미래에, 우주 태양 전력 솔루션은 몇 가지 중요한 장애물을 克服해야 할 것입니다. 그 중 하나는 생산 비용과 성능 사이의 완벽한 균형을 달성하는 것입니다. 비용이 낮은 레이저 전송 솔루션은 각 위성이 낮은 전력을 가졌기 때문에, 큰 영향을 미치기 위해 여러 개의 위성이 필요합니다. 비용이 높은 마이크로파 전송 솔루션은 발사 비용이 수십억 달러에 달할 수 있습니다.
레이저 전송 솔루션은 혁신적이지만, 눈이 부신 정도의 안전 관련 문제나 잠재적인 무기화와 같은 문제를 야기할 수 있습니다. 마이크로파 전송 솔루션은 이러한 특정 안전 문제를 피하지만, 지상 수신기가 수 킬로미터의 직경을 가질 필요가 있습니다.
레이저 전송 위성은 또한 강한 구름이나 비와 같은 대기 불규칙성의 영향을 받습니다. 마이크로파 전송 솔루션은 지구에서 멀리 떨어져 있기 때문에, 사실상 수리가 불가능합니다.
이러한 문제들은 모두 해결되어야 합니다. 위성과 지상 수신기의 크기는 에너지 수집 및 전송 능력에 영향을 미치지 않으면서 크게 줄어들어야 합니다.
비용은 개발 도상국이 이러한 기술을 테스트하고 시도하는 데更加 확신을 가지고 하는데 적절해야 합니다. 수리가 더욱 강화되어야 하며, 솔루션은 기상 조건에 영향을 받지 않고 수행되어야 합니다.
약속된 미래
대규모 공공 회사들이 우주 태양 전력 제품 및 솔루션을大量으로 투자하면서, 앞으로의 길은 약속되어 있습니다. 혁신은 번창할 것이며, 시스템은 더욱 효율적이고 최적화될 것입니다.
毕竟, 우주 태양 전력 임무를 추진하는 것은 지구를 위한 지속 가능성을 달성하는 더 큰 목적입니다.
우주 태양 전력이 전체 잠재력을 달성하면, 새로운 장거리 전력 전송선 건설 비용 없이, 모든 국가에 동일한 비용으로 전기를 공급할 수 있습니다.
분석가들은 우주 태양 전력이 향후 20년 동안 25만 개 이상의 영구적인 고기술 직업을 창출할 수 있다고 믿습니다. 실제로, 이 숫자는 더 클 수 있습니다.
따라서, 우주 태양 전력 솔루션은 기존의 2조 달러 규모의 세계 전력 시장에서 점점 더 많은 점유율을 차지할 것입니다. 점점 더 많은 솔루션 제공업체가 우주 태양 전력에 참여할 것입니다. 이것은 오늘날 지구가 직면한 에너지 도전에 대한 경제적으로 실용적인 해결책이 될 것입니다.
