未来的“卫星电网”将能像传输数据一样向全球传输能量( 二 )


他继续道:“这个想法已经流传了几十年 。 问题是 , 其他所有研究能量传输的团队都把它当作通信 —— 一种远场系统 。 而在远场系统中 , 你会得到旁瓣 —— 你会立即放弃15-20%的能量 , 这些能量会转移到侧面 。 波束开始发散 , 所以 , 你最终需要巨大的占地面积和一个巨大的天线 , 无论你想在哪里收集能量 。 因此 , 这些研究的成本/收益总是看起来不现实 。 ”
“而我们并没有使用远场系统 。 我们已经回到了基本原理 , 用非常不同的方式来看待它 , 使用了近场系统 。 顺便说一句 , 近场和远场并不是关于距离的 , 而是关于你在哪里聚焦光束 , 在什么阶段捕捉它 。 我们用相控阵产生一个准直光束 。 它的移动几乎就像在虚拟电线中一样 。 轮廓很清楚 , 没有旁瓣 。 我们在近场捕捉它 , 更准确地说 , 是在菲涅尔区 。 在几天前的演示中 , 我们演示了超过95%的光束收集效率 。 我们知道如何将其控制在99%左右 , 因此它的效率已经比远场系统的理论极限要高得多 。 另外 , 我们还可以把天线做得更小 。 我们可以从聚焦中受益 。 ”

上图:Emrod表示 , 无线电力传输可以像全球卫星网络中的电信数据一样快速传输能量 。
目前 , 这项技术已经准备好扩大规模 , 以高效地处理轨道距离 , 随着放大效率的飞跃 , 通过卫星传输能源将与通过城市电网传输能源一样高效 , 或者说更高效 。 格雷格·库什尼尔表示:“如果你谈论的是未来五年里漂浮在那里的东西 , 它的端到端效率可能在60%-70%左右 。 如果我们谈论的是欧洲航天局2040-2050年的空间太阳能时间表 , 我们可以得到更高的效率 , 很可能达到世界上大多数电网的效率 。 也许不是欧洲或美国的电网 , 但远远高于世界上大多数电网 。 我认为 , 基准将在80%-85%左右 。 ”
当然 , 为了让世界能源矩阵运行起来 , 你需要在太空中建造一系列的结构 。 这些卫星天线阵列 , 或多或少会起到透镜的作用 , 接收来自地面的能量波束 , 将其弯曲并重新聚焦 , 将其发送到另一个点 , 要么直接返回地面 , 要么通过另一颗卫星 。 虽然 , 这些天线阵列可能比以前估计的要小 , 但它们仍然不会太小 。 大小取决于距离 , 距离会影响你的星座中需要多少颗卫星 , 而这些只是一个复杂的可行性和成本效益方程中的几个元素 。
就尺寸而言 , 如果将天线放置在400-500公里(250-310英里)高的轨道上 , 它需要与国际空间站108米(357英尺)高的结构差不多大 , 高度也差不多 。 虽然它远没有那个价值千亿美元的庞然大物那么复杂和昂贵 , 但它仍然需要相当多的天基组装 , 这将增加挑战 。
Emrod 公司正在考虑另一项建议 , 将卫星放置在接近100公里(62英里)的低得多的轨道上 —— 这些卫星只需要30-40米(100-130英尺)宽 , 因此建造和发射成本要低得多 。 但它们的传输距离不会那么远 , 而且它们的飞行速度也非常快 , 距离地球非常近 , 需要应对相当大的空气摩擦 。

上图:目前的发电机原型:1.92平方米的阵列 。
该公司正在与一些航空航天公司进行洽谈 , 希望在三年内将首批测试设备送入轨道 。 格雷格·库什尼尔表示:“这将是第一步 。 任何与太空有关的事情都需要很多年 。 但我认为我们可以比欧洲航天局的路线图走得更快 。 这并不需要20年 。 话虽如此 , 我们不会坐等这一切发生 。 这是一项商业努力 , 第一批应用是地面应用 。 我们希望在2024年实现首次商业部署 。 ”
库什尼尔认为 , 目前 Emrod 面临的最大问题根本不是技术 , 甚至不是经济问题 。
“出于某种原因 , ”他说 , “人们的认知存在差距 。 他们毫不犹豫地相信自己可以拿起手机--通过卫星发送的电磁波--与世界各地的人们交流并发送信息 。 但人们很难接受你可以对能源做同样的事情 , 从物理学的角度来看 , 这并没有太大的不同 。 ”
“所以我们有很多东西要证明 。 我想 , 在大约两年内 , 我们将在第一批系统商业化部署之后跨越卢比孔河 。 然后 , 我们将开始看到它们得到更广泛的部署 。 第一组应用将会存在瓶颈的地方:通行权或许可权问题 , 或海底电缆 。 ”

上图:Emrod表示 , 虽然长距离接触能量传输光束不太可能有危险 , 但为了保护穿过光束的鸟类、跳伞者等 , 光束可以很容易地部分关闭 。
从那时起 , 事情可能会变得非常有趣;库什尼尔表示 , 该公司正处于开发“动力皮肤”的早期阶段 , 这种皮肤可以将飞机的整个机身变成一个广角天线阵列 , 能够在飞行过程中从天基或陆基发射器接收能量 。 如果 Emrod 能够向航空当局证明它是安全的 , 这样的事情可以完全避开阻碍航空公司脱碳的能源储存问题 。

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