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宇宙

宇宙から送電する太陽光発電システム、2025年までに完成できるかも 85

ストーリー by hylom
新たな有力エネルギー源となるか 部門より
あるAnonymous Coward 曰く、

NASAに所属する航空宇宙起業家で太陽エネルギー(SBSP)の専門家であるJohn Mankins氏が、世界初の実用的な衛星軌道上の太陽光発電プラントを設計した。この発電プラントは「Arbitrarily Large PHased Array(SPS-ALPHA)」と呼ばれている(MOTHERBOARDNASAの発表PDF本家/.)。

SPS-ALPHAは衛星軌道上に無数の小型ミラーと効率の良い太陽電池を打ち上げる。これらのミラーが日光を反射して、太陽電池に集めることで効率的に発電する仕組み。発電した電力はマイクロ波送電システムにより地上に送るという。

ミラーは蜂やアリが集団で行動する仕組みを模倣して半自立的に制御されるというのが特徴らしい。また、ほかのマイクロ波送電システムと違い、送電は高周波では行わないという。高周波のマイクロ波送電システムは小型化が可能だが、網膜に損傷を与えたり、電子機器の破壊、火災や爆発といった潜在的なリスクを抱えているためだ。このためJohn Mankins氏のシステムでは地上受光部は高さが地上から5~10メートル、面積は約6~8kmにもなるとしている。すべての計画が順調にいけば、2025年には実用化できる可能性があるという。

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  • by s-kei (16661) on 2013年08月29日 0時04分 (#2449867)

    このシステムの寿命ってどのぐらいなんでしょうね。

    太陽電池: 宇宙空間だと、(デブリやダストで穴が開かなくても)たいていの太陽電池は放射線で劣化していきます(CIGSみたいに全然劣化しない例外もあるけど)。ただ集光式のシステムということで太陽電池自体は小さいでしょうから、そこだけ交換すればいい?
    鏡: 地上だとほっとくと汚れて反射率落ちていくけど、宇宙空間だときれいなままですかね?(デブリで穴があいたら知らんけど)
    送信部(トランスポンダ): それなりに寿命がありそう?
    可動部: 推進は基本的にソーラーセール使うとして、姿勢制御のリアクションホイールあたりが一番寿命短そう?

    宇宙太陽光発電ってリサイクルが大変かと思ってたけど、でかい構造物はかなり長く使えそうだから、消耗品だけ交換可能にしておけば良さげ?

    # 地上用は普通にリサイクルできます(解説 [mizuho-ir.co.jp])。

  • by skapontan (35455) on 2013年08月27日 16時09分 (#2448774) 日記

    たんに軌道と言ってるのでわからないけど、
    静止軌道ではないのかな?
    ないとすればぐるぐる回るから常時地上の同じ場所にエネルギーを送れないわけで。
    まあ一日数回ビカー!(コナンの三角塔の効果音)でも十分なエネルギーだとは思うけど。
    静止軌道に上げるのとそうでないのでは結構違うから、どういう計画なのかなあと。

    • by je1ocv (46043) on 2013年08月27日 16時22分 (#2448784) 日記

      NASAのPDFによると
      To deliver energy to Earth, SPS-ALPHA would typically be based in a geostationary Earth orbit (GEO)

      とあるので静止軌道のようですね。
      放送用の衛星がひしめいている静止軌道に(写真を見る限りでは)大きい太陽光パネルとミラーが入る隙間があるのか疑問ですが。

      --
      640GBはすべての人にとって未来永劫充分なメモリだ。
      親コメント
      • by SteppingWind (2654) on 2013年08月27日 17時03分 (#2448821)

        放送用の衛星がひしめいている静止軌道に(写真を見る限りでは)大きい太陽光パネルとミラーが入る隙間があるのか疑問ですが。

        静止軌道って一周が20万km以上ありますから, 単体としては数〜数10kmの大きさであっても特に問題は無いと思います. むしろ軌道上の衛星の数の方が問題ですから, 発電衛星の様な巨大衛星は, 他の通信・気象衛星などの機能も兼ねたプラットホームみたいに使われるのではないかと.

        ただ, このサイズの構造物が自励振動を起こさずに形状を維持できるのか, 宇宙ヨットの帆の展開に四苦八苦している現状を見ると, 大いに疑問なんですけど.

        親コメント
        • by the.ACount (31144) on 2013年08月28日 11時23分 (#2449346)

          静止軌道の太陽発電衛星で一番問題なのは、太陽輻射圧による軌道変化で静止位置が大きく変動すること。
          そのため、静止軌道で占有する経度幅が大きく他の静止衛星と場所の割り振りが問題になる。
          ただし、衝突や掩蔽の確率は非常に小さいから、現在のような占有経度幅を割り当てる方式を改善する方向で調整されるかもしれない。
          すでに、同じ経度範囲に複数の静止衛星を置いて軌道保持方法を工夫する事で衝突可能性ゼロの運用をする方法が考えられている。(離心率分離方式など)

          --
          the.ACount
          親コメント
      • by Anonymous Coward

        初めは太陽光発電衛星に、放送・中継・通信機能を載せることで静止衛星軌道占有権をクリアするのだろうけど、その内充分でかくなれば単純に拡散反射・鏡面反射で済ますようになるのでは。
        その前にケスラーシンドロームに耐えられるのだろうか。

        • 大気圏外ちょい上の低軌道はデブリだらけでしょうが、静止衛星軌道まで昇ればデブリは
          軌道が判明している退役衛星くらいで軌道は比較的クリアではないでしょうか。
          気になるのはあまり多数を打ち上げると退役後の待機軌道がすぐ満杯になりそうな。
          寿命が近づいたら低軌道まで下ろして大気圏に落とすか、軌道上で推進剤補給して継続利用するのか。
          --
          〜後悔先に立たず・後悔役に立たず・後悔後を絶たず〜
          親コメント
        • by Anonymous Coward

          より効率的に太陽光を集めるためにミラー衛星が他の衛星を撃墜し始めて…

  • microwave transmittersに対するthe receiverなんだから、光を受け取っているのでは無いと思う。

    --
    屍体メモ [windy.cx]
    • by Anonymous Coward

      光もマイクロ波も電磁波ですから、機構的には似たようなアルゴリズムです。
      マイクロ波recieverに受光というのも、プランク理論的にはおかしくはないです。
      ##「光」を「電磁波」だ、と言い換えるのと同じ理屈で。

      ただ、感覚的におかしいというのは同意です。業界的に断絶もしていると思います。

      #夏休みに可視とマイクロ波をレポートにまとめていたのでAC.

      • by rhodamine (32563) on 2013年08月27日 20時49分 (#2449020)

        マイクロ波の受信器は「レクテナ」と言ってアンテナの逆の作用で
        電波を電流に変えます.

        一方,光の場合は半導体のp-n接合がキャリアを生成,それが
        電流になります.

        前者はマクスウェル理論の範囲で説明できますが,後者は量子力学.

        前者は電場と磁場の振動ですが後者は電磁波を「光子」という粒子
        と考えないと説明できない現象です.

        一緒と言ってしまうのはちょっと乱暴でしょうか.

        親コメント
  • …に、そんな「レクテナ施設」がありましたねえ。
    送受信するのがマイクロウェーブだったり太陽光だったりと設定は作品によってまちまちでしたが。
    まさか自分が生きてる間に実用化するかも知れないとは。

  • by Anonymous Coward on 2013年08月27日 20時47分 (#2449018)

    例えば中国が以前衛星破壊実験を行っておりましたが、敵国からのインフラへの脅威という観点から言えば、
    防御手段がほとんどなさそうなこの手の設備は非常に防衛しづらいかと。

  • by Anonymous Coward on 2013年08月27日 16時45分 (#2448807)

    現状、軌道上にモノを上げるにはとにかく莫大なコストがかかるので、
    経済的な意味で実現不可能なのでは?
    軌道上にモノを上げるのに必要なエネルギーも莫大なので、
    エネルギー収支的にもむしろマイナスになってしまいそうな。

    月の資源を使って太陽光発電パネルを作って、月で発電するっていう
    LUNA RING の方が、ずっと筋が良さそう。
    http://www.shimz.co.jp/theme/dream/lunaring.html [shimz.co.jp]
    もちろん、LUNA RINGが実現可能になるのは、もっとずっと先になるだろうけど。

    • # 「現地の資源を使う」というアイディア自体は、筋が良いとは思うのですが…。

      同期軌道上にある発電衛星からは、その衛星が頭上に見える地域は常に受電可能です。(発電衛星が食で発電できない期間を除く)

      しかし、月面上にある発電所からの受電は、月が空の上に見えている地域でないとできません。「地球上に超伝導送電網を張り巡らせれば…」とか、「いったんエネルギーを水素に変えてエネルギー消費地に運べば…」と仮定すれば月の位置に関係なくエネルギーを使えるでしょうけど、その場合は、地球の沙漠地帯に太陽電池を並べるケース(マイクロ波送受電のロスがない)と比べた場合のメリットがないと厳しいかと。

      親コメント
      • by Anonymous Coward on 2013年08月27日 17時30分 (#2448854)

        > 「地球上に超伝導送電網を張り巡らせれば…」とか、と仮定すれば月の位置に関係なくエネルギーを使えるでしょうけど

        現行技術で、1万キロの送電時の損失30%程度のようです。
        既に実用化されてる以下の送電が、2000キロで損失7%未満だそうで、そこから外挿すると、
        それくらいになるので。((1-0.07)^(10000/2000)=0.696 という計算です)
        http://www.abb.co.jp/cawp/seitp202/3f5f4ec9b200516f48257401002432ba.aspx [abb.co.jp]

        これ、揚水発電の蓄電効率とほぼ同じなわけで、超伝導とか使わなくても十分実用的じゃないでしょうか。

        親コメント
      • by Anonymous Coward

        #2448854 のACです。
        書き忘れましたが、LUNAR RINGよりも、地球の沙漠地帯に太陽電池を並べる方がメリット大きいので、
        やるなら、そっちが先だと思ってます。
        LUNAR RINGやるとしたら、それでも足りない場合の補完ですね。

    • by Anonymous Coward on 2013年08月27日 17時04分 (#2448823)

      月の資源だけで作れればいいけど、んなわきゃないので(仮に出来たとしても、資源を採掘加工するための施設がまず必要)、
      地上から持っていくモノなしという訳にはいかないでしょう。

      月まで行って資材を自給できるまでもっていくコストを考えると、軌道にあれこれ地上から持っていくのとどっちが軽いかは微妙ですね。

      一旦資源自給が軌道に乗れば(俺上手いこと言った)、まさに宇宙時代が来るのでしょうけど、そこまで金が続かないのが現状。

      親コメント
      • by Anonymous Coward

        > 月まで行って資材を自給できるまでもっていくコストを考えると、
        > 軌道にあれこれ地上から持っていくのとどっちが軽いかは微妙ですね。

        いやいやいや。
        大気圏外に太陽光発電システムを設ける場合、その面積は数千平方キロ以上を目標とすることになると思います。
        なぜなら、その程度の面積までは、効率は落ちるもののコストが圧倒的に低くなる地上にも設置可能なわけで、
        地上と同等程度以上の面積の建設が最終目標でなければ意味ないからです。

        これだけの面積の設置を目標とする場合、そもそも現行のロケット技術では経済的に無理でしょう。
        月で資材を自給する方なら可能性ありますが。
        まあ軌道エレベータができたら話は別ですが、これは現時点では夢物語なので。

        • by seo (6351) on 2013年08月27日 20時04分 (#2448974)

          記事のリンクを見たら、ミラーが三次元に展開されてたよ。
          こんな形は地上では無理だよ。

          ミラーはフィルムとかだとパネルに比べて圧倒的に軽くできるはずだし、
          反射した光の減衰もないので、効率よく集光できるんじゃない?

          地上の面積と同等でないと意味が無いということにはならないんじゃないかな?

          親コメント
          • by Anonymous Coward on 2013年08月27日 20時30分 (#2448994)

            入射光が太陽光パネルに垂直に当たるのが最適なので、形状は関係ないでしょう。
            光を受けられる面積が重要です。
            太陽エネルギー自体は、大気圏外だと、地上の1.37倍程度多いようです。(以外に少ない感じ)

            あとは、地上だと正午以外は得られるエネルギーが減ることと、パネルの向きが普通は固定なことの
            効果が大きいですね。このため、地上で年間に発電できる容量は、パネルの能力の1000時間分程度
            だそうです。

            もし静止衛星軌道上で、パネルの向きを常時最適に制御できたと仮定すると、地球の影になる半日を除いて
            12時間×365日=約4400時間分くらい、年間に発電できることになりますか。

            以上の仮定を使うと、同程度の能力の太陽光発電パネルを使った場合、宇宙での発電は、
            最善ケースで1.37*(4400/1000)=約6倍効率が良いことになります。
            というわけで、地上の面積の6分の1くらいまで減らせるかもしれません。
            ただ、送電効率がだいぶ低いはずなので、実際にはそこまでいかないでしょう。
            仮に効率50%とすると、地上の面積の3分の1です。

            というわけで、まあ地上の3分の1くらいの面積にはできる可能性はあるけど、
            オーダーはあまり変わらないという結論になるんじゃないでしょうか。

            親コメント
            • 地球の影になる半日を除いて

              いやいや、静止衛星軌道ですから、半日にはなりませんよ。
              地球の自転軸と公転軸は一致していませんし、何より地球半径6,378kmに対し静止衛星軌道半径は42,000kmです。

              衛星が赤道上を周回するとして、地球の影に入るのは春分・秋分の前後23日ずつぐらい。
              かつ、影に入る時間は1日のうち最大70分ほどです。

              親コメント
          • 宇宙空間での熱処理はどうするんでしょう?

            集光するという事は、パネルがかなりの高温になってしまうということ。地上なら空冷なり水冷なり手軽に対策できますが、宇宙空間ではかなりのコスト。

            親コメント
    • by Anonymous Coward

      根拠のある数字をお願いします。

    • by Anonymous Coward

      そういう経済的な問題もあるけど、ロケットの打上能力・打上機数の問題もありますね
      法螺を吹く人はこういうことを完璧に無視するから嫌い

  • by Anonymous Coward on 2013年08月27日 17時13分 (#2448833)

    空から降ってくるエネルギーの塊がそれてしまって大惨事。

    • 「われはロボット」の中の一編「われ思う, ゆえに…」あたりが一番古いのかな?

      親コメント
    • by Anonymous Coward

      シムシティでおなじみマイクロ波暴走ですかね。
      受電は洋上施設にしたら多少ずれても安心なんてことはありませんかね?
      離島とか海底送電ケーブルがありますし、無人島を丸々改装とかでも。

    • by Anonymous Coward

      送電のエネルギー密度が凄く低いから大丈夫。エネルギー密度的には、太陽光のせいぜい倍とかそんな程度までしか行かない(1-2 kW/m2程度)。長期的な影響(要するに、弱い電磁波を何年も浴び続けた場合の影響)とかは不明なところもあるけど、少なくとも数時間とか浴びても生物に影響が無いのは実験済み。

      まあその低いエネルギー密度のせいで直径数キロなんて言う馬鹿でかい受電設備がいるんだけど。

  • by Anonymous Coward on 2013年08月27日 17時14分 (#2448836)

    まだまだバージョンアップするのだよ。

    実際の所、定期的に燃料補給しないと落っこちるし、何かの拍子に落っこちても地上では大丈夫なのかな。

  • by Anonymous Coward on 2013年08月27日 17時30分 (#2448855)

    地球の沙漠地帯に太陽電池を並べるよりシステム効率がいいなら
    やる価値はあるだろうが。
    設置、運用、保守すべて含めてね。

    • by Anonymous Coward

      マイクロウェーブ送電が実用化するというパラダイムシフトがある場合、
      砂漠で発電して地産地消するならいいですが、遠くに電力を送るには宇宙の(反射)衛星を経由することになるでしょう。
      それと、衛星で直接発電するコストを比較してどっちが安いかですね。

      結局1行目の前提条件がクリアされればの話ですが。
      そうでないと砂漠で発電したって長ーい送電線を消費地まで引くことになるんで。

      • by Anonymous Coward

        (超伝導)送電線か、それこそ還元マグネシウム(w)で輸出とか。
        メディアも含めてシステム効率。
        それよりマイクロウェーブのリスク(オゾン層、電離層、環境生物影響etc、軍事応用)
        がとってもありそう。

    • by Anonymous Coward

      地上に大規模な受電システム作るくらいなら、直接太陽電池を並べるよりシステムの方が安上がりだよ。宇宙開発したいがために予算を獲得するための無理筋のプロジェクトをでっちあげたレベルでしかない。

  • by Anonymous Coward on 2013年08月27日 17時34分 (#2448858)

    地球温暖化が進んだりせんの?

    ちょっとくらいならいいやって考え?

    • by Anonymous Coward

      エネルギー収支的には、化石燃料燃やしたり、核分裂使ったりするのと同じですよ。
      生成する電力が同じであれば、化石燃料でも核分裂でも同様な熱エネルギーの増加があります。
      (ただし、再生可能エネルギーは除く。こっちは、もともと地球に届いている光エネルギーの転用ですから)

      しかし、温暖化には、直接的な熱エネルギー増加よりも、炭酸ガス(やメタンガスや水蒸気)の寄与の方が
      ずっと大きいという計算結果が出ているので、どっちかというと無視していいほうの数字ですね。
      地球に届いている太陽エネルギーだけで、人類が消費しているエネルギーの10000倍くらいあるので
      誤差です。

      • by Anonymous Coward

        ちょっと間違えた。

        > 生成する電力が同じであれば

        太陽電池で生成した電力エネルギーと、化石/核燃料を燃やしたエネルギーが同じであれば、
        でした。
        最終的な生成電力で比べちゃアカン。

      • by Anonymous Coward

        やはり植林だなぁ。co2地中化はエネルギーの無駄だと思う。

    • by Anonymous Coward

      むしろ強力なマイクロ波が健康被害をもたらさないかとか、
      野生動物や渡り鳥に影響を与えないかとか、

      そっちの不安があるかも。

      「試しに作ってみたら生態系を壊滅的に破壊してしまいました。
       その結果、使えないことが分かったので建設費がパー」
      だと目も当てられない。

  • by Anonymous Coward on 2013年08月27日 18時42分 (#2448917)

    > 面積は約6~8kmにもなるとしている。

    面積の単位がキロメートルとは、どういうことでしょうか?
    さしわたしが6~8km程度の正方形や円形?
    それとも、面積が6~8km2?

    と思ってリンク先 [vice.com]を見ると、
    「about 6 to 8 km in diameter」と書いてありました。

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弘法筆を選ばず、アレゲはキーボードを選ぶ -- アレゲ研究家

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