Vloot goedkope zonnesatellieten voorziet aarde van stroom

Share Button

In de ruimte schijnt altijd de zon en is er geen belemmerende atmosfeer. Zonnecentrales in de ruimte zouden de energieproblemen op aarde kunnen oplossen, maar zijn peperduur. Is de SPS-ALPhA van NASA de oplossing?

John Mankins ontwikkelde in opdracht van NASA een nieuw type solar-power satelliet. Volgens Mankins kunnen zijn satellieten overal op aarde waar een tekort is, energie leveren. Mankins leidde ook het eerste NASA-team dat in de jaren negentig de mogelijkheden voor orbitale zonne-energiecentrales onderzocht.

De zogeheten SPS-ALPHA (Solar Power Satellite via Arbitrarily Large PHased Array) is volgens Mankins het eerste praktische zonnesatellietconcept, dat een nieuwe biomimetische (door biologische organismen geïnspireerde) benadering hanteert. In de visiei van mankins komen er enorme platforms die elk uit tienduizenden kleinere elementen bestaan. Deze elementen kunnen volgens Mankins draadloos overal ter wereld, of aan ruimtemissies,  tientallen tot duizenden megawatts afleveren.

De Solar Power Satellite SPS-Alpha.
De Solar Power Satellite SPS-Alpha.

SPS-ALPHA gebruikt een groot rooster van individueel bestuurdare dune-film spiegels, die op de gebogen oppervlakte van de satelliet zijn aangebracht. Deze beweegbare spiegels onderscheppen en richten binnenkomend zonlicht richting zonnecellen die aan de achterzijde van de satelliet zijn aangebracht (de binnenkant van de punt van de trechter op de afbeelding).

De satelliet stuurt met behulp van microgolfzenders een coherente, laag-intensieve bundel radiogolven naar ontvangstations op aarde.

Verder maakt het SPS-ALPhA concept een zonnesatelliet mogelijk die in zijn geheel uit individuele systeemelementen bestaat. Samen wegen deze niet meer dan 50 tot 200 kg. Dit betekent dat de satellieten in fabrieken in massaproductie van de lopende band kunnen rollen, wat ze uiteraard veel  goedkoper maakt dan bestaande, handgemaakte, satellieten. Ook hier geldt echter dat de lanceerkosten, zowel in geld als in energie uitgedrukt, astronomisch blijven – afhankelijk van het gewicht tussen de 50 000 en 200 000 euro, resp. 2-8 gigajoule (500-2000 kWh, bij een elektromagnetische katapult). Dit – en soortgelijke – ideeën staan of vallen dus met een goedkope methode om vracht te lanceren. Ook ben je er nog niet met de satellieten, er zullen ook de nodige ontvangers op aarde moeten worden gebouwd.

Bron
Solar Power Beaming Satellite, space.com (2012)

Share Button

Germen

Hoofdredacteur en analist (Visionair.nl) Expertise: biologische productiesystemen (master), natuurkunde (gedeeltelijek bachelor), informatica

Dit vind je misschien ook interessant:

6 reacties

  1. antares schreef:

    Best een interessant artikel voor mensen die in techniek, wetenschap, en ruimtevaart geïnteresseerd zijn. Kwam dit artikel tegen toen ik de links naar de Khan academie doorspitte. Ik realiseerde mij heel toepasselijk i.d. verband; dat het niet zozeer een gebrek aan vermogen om te leren is, waardoor hier zo weinig belangstelling werd getoond, je moet het juiste publiek kunnen trekken en vasthouden. Daarmee bereik je meerdere vliegen in één klap: Wetenschap en aanverwante technieken zijn minder gevoelig voor conflicten en meningsverschillen, daar de toegepaste logica het resultaat is van praktische natuurkunde en wiskunde. Je kunt er wel over twisten, maar berekeningen slechten eenvoudig het meningsverschil. Er hoeven dan geen mensen weg te blijven uit ergernis, je kunt je hooguit niet interesseren voor bepaalde onderwerpen. Een ander voordeel is; Techneuten zijn vaak gretig en gedreven om andere technieken en kennis te delen, en daarover te discussiëren met elkaar. Technisch wetenschappelijke bladen redden het om deze redenen dan ook veel langer, dan bijvoorbeeld mode of politiek gearrangeerde, vaak idealistisch eenzijdig gemotiveerde tijdschriften. Idealen blijven verschuiven, omdat de omstandigheden voortdurend veranderen waaronder die idealen ontstonden. Wetenschap en het succes daarvan groeit daarentegen voortdurend exponentieel, daar het gevolg van ontdekte en gedeelde kennis, steeds nieuwe kennis is. De nieuwe kennis handhaaft zo een onophoudelijke vicieuze cirkel en voldoende belangstelling.      

    • Bemoeier schreef:

      Ik kwam net een artikel op Nujij tegen over ruimteballonnen onder water om energie in de vorm van perslucht in op te slaan.
      Dat idee heb jij ook wel eens gehad, alleen gaat het hier over een diepte van 500 meter.
      Met een druk van 50 bar dus dan wordt de lucht niet vloeibaar.

      • antares schreef:

        Ik heb eens een kijkje genomen bij dat artikel en het klopt wat jij zegt. Ongeveer 20 jaar geleden werkte ik bij een fabrikant van kunststoffen, die o.a. de bekende koolstofvezel Aramide vervaardigde. Na enig experimenteren en als gevolg van mijn belangstelling voor de ruimtevaart, kwam ik al op de gedachte dat men met dit materiaal bewoonbare ballonnen in de ruimte kunt maken. In feite zelfs hele kolonieschepen of steden kunt vervaardigen, als je ze dubbelwandig uitvoert. Tussen de beide wanden kun je water pompen, dat bevriest vervolgens en zal een goede bescherming bieden tegen kosmische straling. Het zat er dik in dat iemand anders ook op die gedachte kwam, maar het is leuk om te lezen dat mijn concept in ieder geval werkt. Was dan ook aangenaam verrast nu te ontdekken dat die dingen al zeven jaar om de aarde cirkelen. Om terug te komen op jouw punt. Het directe voordeel van het gebruik van een ballon boven dat van een vaste tank is; dat als de inhoud er onder water uit stroomt, de druk dan constant 50 bar blijft, tot de ballon geheel leeg gestroomd is. Gebruik je echter turbines, dan zal als gevolg van de enorme uitstroom van samengeperste lucht, de resterende inhoud sterk afkoelen en daarmee veel energie verliezen, (lees het commentaar maar eens). Ik heb daarom een ander voorstel. Elke techneut weet dat tweetaktmotoren een veel hogere energie opbrengst per krukas omwenteling hebben dan een viertakt. Het is echter het smeersysteem dat de tweetakt gebruikt, dat men heeft doen besluiten om de voorkeur te geven aan het viertaktsysteem. De tweetakt verbrandt de smeerolie in het benzinemengsel, terwijl de viertakt dit smeermiddel vasthoudt door middel van olieschraapveren. Het resultaat is een veel schonere, maar daardoor ook rendabeler verbranding. Normale tweetakt motoren kunnen niet worden uitgerust met olieschraapveren, omdat de carterdruk dan ontsnapt via de opening in de schraapveren, naar de uitlaatpoort. Niet alleen de druk en de efficiëntie van de spoeling gaat dan grotendeels verloren, de spoeling wordt ook ontstoken in de hete afgassen. Het probleem zit dus in het ontwerp van de tweetakt motor. Ontwerp wijziging:
         
        In dit conceptontwerp, wordt vlak boven het onderste dode punt van de zuiger, in de cilinderwand een aantal spuitnozzels geplaatst, van waaruit de spoeling met gecomprimeerde (schone) lucht plaats vind. In deze cyclus staat de uitlaatklep dan open en de afgassen worden uitgedreven. De uitlaatklep sluit, de nozzels sluiten, en de zuiger gaat in compressieslag. De openingen in de olieschraapveren komen zo nooit in contact met de spoellucht. Aan het einde van de compressieslag wordt brandstof geïnjecteerd, en de arbeidsslag volgt. Het resultaat is een veel schonere tweetaktmotor, dit met het verbrandingsrendement van een viertaktmotor, maar met het arbeidsrendement van een verbeterde tweetakt. Zuigermotoren gebruiken veel minder lucht dan turbine motoren, maar zijn veel zwaarder. Tweetaktmotoren wegen veel minder, en kunnen zo worden toegepast binnen dit concept van samengeperste lucht. Het enige nadeel is dan weer, dit concept en type motoren werkt alleen als je kunt beschikken over perslucht volgens mij, turbo’s volstaan hier niet. En dan nu iets over toegevoegd rendement:
         
        Al weer jaren geleden, ontdekte ik dat binnen de verbranding van bijvoorbeeld een gas, in de vlam een elektrische geleidende capaciteit ontstond. Ik plaatste in een gasvlam een kathode/anode opstelling, met daartussen een gelijkspanning van ongeveer veertig volt. Vervolgens hield ik daar een magneet bij, en de vlam werd aangetrokken of afgestoten. Stel nu; dat wanneer het ontstekingsmoment plaats vindt in een zuigermotor, en dus ook de verbranding plaats vindt, het mengsel elektrisch geleidend wordt, dan kan deze geleidende capaciteit gebruikt worden om een flinke elektrische lading door de verbrandingsgassen te sturen. De gasdruk boven de zuiger wordt daardoor veel groter, de temperatuur wordt hoger, het arbeidsrendement neemt overeenkomstig toe, en de verbranding geschied efficiënter. Zo’n motor kan dan beschouwd worden als de perfecte hybride. Dit zonder de nadelen van de combinatie met aanzienlijk gewicht; verbrandingsmotor/elektromotor. Het is dit concept waar ik brandstof bv mee wou dwarszitten….   

        • antares schreef:

          Note:
           
          Een tot tweetakt omgebouwde viertakt motor, produceert veel meer warmte. Op de hete afgassen kun je Stirlingmotoren laten draaien, die op hun beurt de compressoren ondersteunen waarmee de persluchtreservoirs worden gevuld. Op deze manier haal je weer veel meer rendement uit het systeem als geheel. Verder bestaat de mogelijkheid om elektrische capaciteit die je dan overhoudt, op te slaan in de vorm van waterstof, wat later weer toegepast kan worden als brandstof. De tweetaktmotor naar mijn ontwerp, kan namelijk moeiteloos op gas draaien. De opslag van het gas is ook geen probleem, daar de gasreservoirs (ballonnen) op 50 bar druk voldoende opslag capaciteit hebben, en veilig in het gebruik zijn.

        • antares schreef:

          Een serieuze waarschuwing.
           
          Probeer zelf nooit waterstofgas samen te persen tot een vloeistof. Ten eerste lukt dat al niet boven 33 K  = -240 C. Ten tweede blaas je jezelf dan (met zekerheid) en iedereen in jouw omgeving ermee op. Verder is de calorische energiedichtheid (verbrandingswaarde) van samengeperst waterstof bijzonder laag (75 liter komt overeen met ongeveer 33 cl benzine). 
           
          Het goedje moet daarnaast constant diep gekoeld worden, wat enorme hoeveelheden energie kost. De opslag bij 50 kg per vierkante centimeter (50 bar) op 500 m diepte, kan geen vloeibaar waterstofgas bevatten. In mijn oorspronkelijk concept, (op 11 km diepte) vindt (althans in theorie) gelijktijdig scheiding en opslag van waterstofgas plaats, onder een constante omgevingsdruk van 1100 bar. Het gas wordt dus niet verpompt, maar rechtstreeks gescheiden en opgeslagen d.m.v. elektrolyse.  
           
          Het toepassen van waterstofgas is dan ook geen optie bij de aangepaste tweetaktmotoren, daar dit concept niet zelf aanzuigend werkt. De noodzakelijke brandstofpomp (aangepaste injectiepomp) kan alleen vloeistoffen onder druk injecteren. Het gas wordt in zo’n geval dan door de injectiepomp, in vloeibare vorm in de verbrandingsruimte gespoten. Dit zonder convertor. Door de hogere werk temperaturen van de tweetaktmotor, compenseert dat de noodzakelijk toegevoegde warmte i.v.m. de overgang van vloeibaar naar gasvorm.

        • antares schreef:

          Alweer iets vergeten.
           
          Het oorspronkelijk concept, beschreven op Nujij, werkt geheel op windenergie, en de proeven werden toegepast op 500 m diepte voor de kust van de Canarische eilanden. Het is niet de bedoeling dat achteraf toch gangbare fossiele brandstoffen worden toegepast, daar dit geen bijdrage aan het milieu kan zijn. Een werkende methode die dit compenseert, is echter wel voorhanden in die omgeving. Het stoken en destilleren van alcohol, d.m.v. zonneboilers op de eilanden in dit voorstel, is dan weer wel een milieuvriendelijke oplossing. De alcohol kan gebruikt worden om het tweetaktconcept milieuvriendelijk aan te vullen.  

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Verplichte velden zijn gemarkeerd met *

Advertisment ad adsense adlogger