Avaruusvoimalat ja energian siirto mikroaalloilla Maahan

Abstract

Avaruusvoimala on yleisnimi tulevaisuuden potentiaalisille aurinkoenergiaa hyödyntäville voimalaitoksille, joissa energiantuotantoprosessi tapahtuu maan ilmakehän ulkopuolella. Avaruudessa tuotettu aurinkosähköenergia muunnetaan ja siirretään maapallolle käytettäväksi mikroaaltosäteinä ilman varsinaista sähkön siirtoverkkoa avaruuden ja maan välissä. Avaruusvoimaloiden suurimmat tekniset hyödyt ovat avaruuden selkeästi suurempi säteilyteho verrattuna maapallon olosuhteisiin sekä tasaisen sähköenergian tuotannon riippumattomuus sääilmiöistä tai vuorokauden ajasta. Vaikka kyseisen kaltaisia voimalaitoksia ei ole vielä olemassa, on niiden teoreettista mahdollisuutta tutkittu ja niiden pohjalta on esitetty erilaisia konsepteja voimalaitoksen rakenteelle ja toimintatavoille. Avaruusvoimala ei rakentamisen, laukaisun ja ylläpidon lisäksi aiheuta kasvihuonepäästöjä ja tästä syystä avaruusvoima on mahdollinen tapa korvata uusiutumattomia energiantuotantomuotoja tulevaisuudessa.

Avaruusvoimalan rakenteessa on muun muassa aurinkoenergiaa keskittävät säteilyn konsentraattorit, aurinkopaneelit, jäähdytyspinta, mikroaaltotuotantoon tarkoitetut tyhjiöputket sekä lähetinantennit. Maanpinnalla suunta-antennit vastaanottavat mikroaaltosäteilyn ja ne muunnetaan takaisin sähköenergiaksi diodirakenteella. Avaruusvoimalalla tuotetun sähkön siirron teoreettista pohjaa voidaan havainnollistaa Friin siirtoyhtälöllä sekä Goubaun kaavalla. Näillä yhtälöillä saadaan yhteys siirrettävän sähkötehon ja antennin väliselle etäisyydelle sekä antennien dimensioille. Itse avaruusvoimaloiden toteuttamisen suurimmat haasteet liittyvät rakennuslogistiikan hankaluuteen maan ilmakehän ulkopuolella sekä voimalan suureen kokoon. Avaruusvoimaloiden toteuttaminen tulevaisuudessa vaatisi pienempiä hintoja materian laukaisemiselle avaruuteen sekä suuren hyötysuhteen lähetin- ja suunta-antenneja energian siirron mahdollistamiseksi.