هل مستقبل الطاقة المتجددة هو الألواح الشمسية التي ستطفو فوق السحاب وتولد الكهرباء في كافة الظروف الجوية؟
ايليا بريبنر - زاوية - وكالة أنباء العلوم والبيئة
يقترح نموذج تكنولوجي جديد لعلماء من فرنسا واليابان رفع بالونات هيدروجينية خاصة إلى ارتفاع ستة كيلومترات فوق السحب، سيتم تركيب الألواح الشمسية عليها. ويُزعم أن هذه البالونات ستسمح باستخدام الطاقة الشمسية بغض النظر عن الوقت من اليوم أو الظروف الجوية. ويعمل فريق مختبرات "NextPV"، المكون من علماء من المعهد الوطني الفرنسي للعلوم وجامعة طوكيو، على بناء نموذج أولي يمكنه التغلب على بعض الصعوبات والقيود الموجودة في الألواح الشمسية العادية - الأرضية -. المركبة.
تتمتع الطاقة الشمسية بإمكانيات كبيرة لتلعب دورًا مركزيًا في مستقبل الطاقة المتجددة في العالم - بدءًا من محطات الطاقة الشمسية الكبيرة وحتى مجمعات الطاقة الشمسية على أسطح المباني السكنية. لكن تلك الأنظمة الشمسية القياسية لديها بعض نقاط الضعف الملحوظة. إلى جانب التكاليف الأولية المرتفعة نسبياً للبنية التحتية اللازمة لإنتاج الطاقة الشمسية (بالمناسبة، التكاليف تتناقص بسرعة)، هناك تحديان يتعلقان بصناعة الطاقة الشمسية بأكملها: الحاجة إلى تخزين الطاقة لساعات الليل المظلمة. الليل، وتأثيرات الطقس الغائم أو الملبد بالغيوم على إنتاج الكهرباء من الشمس.
تجاوز الغيوم
ويدعي مطورو منشأة تجميع الطاقة الجديدة أن إنتاج الطاقة الشمسية من نظام الألواح الشمسية التي سيتم نشرها على بالونات خاصة تطفو فوق السحب (حوالي ستة كيلومترات فوق سطح الأرض) يمكن أن يكون مضاعفًا مقارنة بأنظمة الطاقة الشمسية الأرضية. وكتب جان فرانسيس غيلموليس، من المعهد الوطني الفرنسي للعلوم، أن "المشكلة الرئيسية في الطاقة الشمسية هي أن أشعتها مخفية بواسطة السحب، مما يجعل إنتاج الكهرباء جزئيا وغير مؤكد تماما". "ولكن فوق الغيوم، تشرق الشمس كل يوم. في أي مكان فوق الأرض، يوجد عدد قليل جدًا من السحب على ارتفاع ستة كيلومترات، في هذه الارتفاعات يأتي الضوء مباشرة من الشمس، حيث لا يوجد ما يلقي بظلاله ولا يوجد تقريبًا أي تأثير للغلاف الجوي على شدة الشمس. وعند هذا الارتفاع تصبح أشعة الشمس المباشرة أقوى، لأنها لا يتم ترشيحها، وبالتالي يزداد تكوين الطاقة."
ويخطط الباحثون للبالونات الشمسية لتحويل الطاقة الشمسية إلى كهرباء خلال النهار. سيتم استخدام هذه الكهرباء من قبل مستهلكي الكهرباء وسيتم استخدامها أيضًا لتحليل الماء بالكهرباء. سوف يقوم التحليل الكهربائي بتقسيم الماء إلى أكسجين وهيدروجين. سيتم تخزين الهيدروجين في البالونات وسيكون له وظيفتين: الأولى، السماح للبالونات بالطفو دون الحاجة إلى معدات خاصة أو استثمار مخصص للطاقة؛ والثاني، أن يكون «بطارية كهرباء» لساعات الليل. كيف ستعمل؟ يتم تحويل طاقة الشمس إلى طاقة كهربائية، والتي يتم تحويلها إلى طاقة كيميائية مخزنة في الهيدروجين. وفي الليل، سيتم استخدام الهيدروجين الموجود في البالونات الموجودة في خلية الوقود لتوليد الكهرباء. في خلية الوقود، يتخلى غاز الهيدروجين عن الإلكترونات إلى القطب الموجب (القطب الذي يحدث فيه تفاعل الأكسدة)، ويصبح أيونًا مشحونًا من الهيدروجين، وعندها فقط يتفاعل مع الأكسجين لتكوين الماء. تقوم الإلكترونات المنتجة بإنشاء تيار يتم تغذيته في الشبكة الكهربائية. وهذا يمنع انفجار الهيدروجين، لأن غاز الهيدروجين لا يتفاعل مباشرة مع الأكسجين.
وماذا عن الطيور؟
لا يزال نظام البالون الشمسي فكرة أكاديمية، لكن أعضاء NextPV Labs يخططون لإنتاج نموذج أولي عملي في غضون عامين. وحتى ذلك الوقت، كما يحدث غالبًا في دراسات من هذا النوع، ستظهر مشاكل وتحديات أقل قابلية للتنبؤ بها، مثل إنشاء كيلومترات من كابلات الطاقة والانخفاض المستمر في أسعار الألواح الشمسية القياسية.
قد يواجه العلماء العديد من المشاكل على طول الطريق، مثل الحفاظ على سلامة البالونات أثناء العواصف، ومنع تشابك كابلات البالونات (إذا كانت البالونات مزدحمة، فقد تتشابك مع بعضها البعض؛ وإذا لم تكن البالونات مزدحمة، فقد تتشابك مجموعة البالونات) سوف تنتشر البالونات على مساحات شاسعة ومن ثم لن يكون استغلال المساحة بالشكل الأمثل الحل الحل المحتمل لهذه المشكلة هو إطلاق عدد قليل من البالونات الضخمة، كل منها سيعادل إنتاج طاقة شمسية كبيرة على الأرض المنشآت)، والصيانة، والتدخل في الطائرات والطيور وخطر انفجار بالونات الهيدروجين الشمسية (كعب أخيل لمناطيد زيبلين منذ مائة عام هو حقيقة أنها كانت مليئة بالهيدروجين المتفجر)، وأكثر من ذلك.
فيديو من NEXTPV يشرح كيفية عمل البالونات الشمسية:
تعليقات 23
كيف يمكن أن يكون غبيا في مقال واحد. سيرى أي فيزيائي مبتدئ أنه حتى النموذج النظري غير ممكن. من أجل تقليل الحمل على الكابل، تأكد من سحب 1G بالضبط بحيث يتحمل الكابل حمولة تصل إلى نصف المسافة. هذا هو 3 كم. للحصول على أقصى قدر من الكفاءة، يجب بناء نظام مؤازر لتثبيت اللوحة في مواجهة الشمس. ومن أجل الحصول على كفاءة تحويل عالية، يجب تركيب العاكسات بجوار اللوحة الشمسية. في رأيي المتواضع لا يوجد كابل يحتوي على أسلاك كهربائية (حتى الألمنيوم) يثبت نفسه عموديا بطول 3 كم. ومن المستحسن أن يبحث الأساتذة المتعلمون عن موضوع آخر لمهاراتهم.
بأسعار معقولة بالطبع
سوف يستغرق الأمر حوالي 50 عامًا قبل أن يصبح من الممكن إنشاء 6 كيلومترات من شبكات العنكبوت أو الجرافين
يبدو لي أن شبكات العنكبوت الهندسية أو الجرافين الملفوفة في شبكات لإنتاج كابل سميك قد يكون يستحق التجربة ويكون قويًا بدرجة كافية بدون دعم ومرن أيضًا. رأيت أن هناك هندسة وراثية لإنتاج شبكات العنكبوت معملياً. دع خبراء الآلة يفكرون.
بالمناسبة، يمكن لمنطاد المراقبة أن يصل بسهولة إلى ارتفاع 800-900 متر. أفترض أنه كان من الممكن أكثر من ذلك، لكنني لا أعتقد أن هناك أي حاجة تشغيلية (الارتفاع الأعلى سيجعل الرؤية أقل جودة. على أي حال، ليس حوالي 200 متر كما كتبت. والكهرباء يمكن إنزالها بكابل من المرسى وليس هناك حاجة لكابل إضافي (طالما تم تركيب محول لرفع الوابل. بالنسبة للانفجار العالي، سيكون عامل الطاقة ضئيلًا لمدة 6 كيلومترات حتى على كابل فولاذي)
إذا كان من غير الممكن حقاً تثبيت المنطاد بالكابلات على الأرض على ارتفاع 6 كيلومترات بمساعدة المعدن، وعليك بناء برج لحمل المنطاد. لذا بالطبع المشروع بأكمله محض هراء. يتحدثون عن البالونات المعلقة على الأرض. ليس من الممكن اليوم إنتاج كابل طويل من الجرافين. وعلى أية حال، قد يكون نقل الطاقة مناسبًا للأقمار الصناعية التي لا تتحرك بالنسبة إلى نقطة على الأرض أو التي يمكن التنبؤ بحركتها تمامًا. إنه غير مناسب للبالون الذي لا يمكن تركه بسهولة حتى في نفس المنطقة. إلى متى تعتقد أن الفولاذ قوي بما يكفي لحمل بالون؟
6 كم × 20 مم جزء من 1/3X10^-8. لا يوجد معدن في العالم يمكنه تحمل ذلك في وضع عمودي بدون دعامات كل 200 متر.
أضف إلى ذلك كتلة لا يستهان بها من الكابل. لا ينبغي أن يكون هناك إصرار. لا ينبغي أن يكون خط التفكير هو رمي كابل من الكتان بطول 200 متر من منطاد الهواء الساخن، بل يجب أن يكون عمودًا يقف بهذه النسبة 3.33X10-9. سوف تتشكل الشقوق والخلع في المادة نتيجة لعمليات النزوح وسوف تتمزق. ليس لديك ناطحة سحاب في العالم بهذا الموقف والهيكل العظمي مبني من الفولاذ. لحل المشكلة، في رأيي المتواضع، ستكون هناك حاجة إلى مادة هندسية تتمتع بمرونة وقوة أعلى عدة مرات من شبكات العنكبوت. وبدلاً من ذلك، الحل الذي قلته: هوائي اتجاهي. الحل موجود، وليس وهميا. تكمن المشكلة في الحاجة إلى التحكم بحيث يكون موضع الشعاع مقارنة باهتزازات الكرة ثابتًا عند 0.1 درجة بالضبط.
الى يوسي
في رأيي، أنت تبالغ في تعقيد تثبيت البالون على ارتفاع 6 كيلومترات. إنه ليس مصعدًا فضائيًا، في رأيي يمكن أن يكون الكابل مصنوعًا من المعدن.
يبدو لي أن المشكلة الأكبر من الناحية الاقتصادية هي انخفاض أسعار النفط الذي يمكن أن يهدد أي مشروع أخضر.
ولهذا السبب نحتاج إلى مساعدة الحكومات للتدخل في المشاريع التي قد تصبح غير مربحة في حالة انخفاض أسعار النفط. علاوة على ذلك، مع دخول الطاقة الخضراء، قد ينخفض الطلب ومن ثم السعر. أو حتى خفض الأسعار وتعمد زيادة إنتاج الدول المصدرة للنفط، لمنع دخول التكنولوجيا الخضراء. كما هو الحال مع رقائق الزيت.
باختصار، من دون دعم الدول، سوف يمر قرن آخر حتى الفطام عن النفط، وربما يكون الأوان قد فات
ولا تعتقد اليابان أن توليد الكهرباء في الفضاء لن يكون مربحا. ألمانيا - بلد بارد يصل إلى 78% من الكهرباء من الطاقة المتجددة في الصيف وحوالي 50% في المتوسط في شهري يوليو وأغسطس. هناك مشكلة تتمثل في أن الطاقات المتجددة تدمر الجدوى الاقتصادية لمحطات توليد الطاقة بأنواع الوقود المختلفة. في نهاية المطاف، سيكون لدى كل واحد منا خلايا وبطاريات شمسية مثل التي يبيعها إيلون موسك وشبكة صغيرة. حزين ولكن ستكون هناك حاجة أقل لمحطات الطاقة. كيف أعرف يعرف. ولكن هناك مرجع لكل شيء على شبكة الإنترنت.
إن توليد الكهرباء "الخاسرة" الأكثر مراعاة للبيئة هو أكثر ربحية للدولة
في كثير من النواحي. ويجب على الدولة أن تساعد في إحداث التغيير. ثانيا، اليوم لم يعد من الآمن الخسارة، ولكن هناك استثمار أولي مرتفع. ويمكن للدولة أن تساعد، على سبيل المثال، من خلال تقديم قرض للمواطنين لتوليد الكهرباء المنزلية.
في سوق الكهرباء، ليس كبار رجال الأعمال، بل مجلس إدارة IEC، الذي لا يسمح للدولة بإجبار IEC على شراء الكهرباء من منتجين خارجيين، سواء كانوا أخضر أم لا. وشركة الكهرباء محتكرة، لذا ليس لديها سبب لتكون فعالة. . وإذا كانت هناك منافسة، فمن الممكن فرض ضريبة خاصة على الكهرباء الملوثة أو إعفاء ضريبي على الكهرباء الخضراء. ومن ثم فإن البلاد قد تتمكن على الأقل من تحقيق الاستقلال في مجال الطاقة، والحد من تلوث الهواء، وتوفير الإنفاق على المشاكل الصحية
عندما يتم وضع الكابلات على الأرض أو بين قطبين - فإن وزنها ليس فظيعًا. إذا تحدثنا عن إنتاج 200 أمبير للبالون - فالتكهنات تتطلب كابل متعدد النواة بقطر 20 ملم. تخيل مبنى شاهقًا تبلغ نسبة قاعدته إلى ارتفاعه 20 مم × 6 كم. الآن سوف تفهم أن هناك حكمة هنا. يجب أن يكون الكابل مرنًا ليكون مقاومًا للرياح، وألا ينحني مثل سفينة تايتانيك عندما خرجت من الماء وانكسرت إلى قسمين. والكابلات لمثل هذه المسافات دون تعزيزات لجدار داعم أو أرضية أو قضبان، ينبغي في رأيي أن تكون مصنوعة من مواد قوية جدًا، مثل الجرافين.
لا. وبنيامين
المنتجون الرئيسيون للكهرباء من الطاقة الشمسية في إسرائيل هم من رجال الأعمال.
والسبب في عدم إنتاج المزيد من الكهرباء من الطاقة الشمسية في إسرائيل هو أنها أكثر تكلفة من الكهرباء من الفحم أو الغاز. في أوروبا، يتم إنتاج الكهرباء باستخدام الطاقة الشمسية لأن كبار رجال الأعمال هناك لديهم لوبي كبير من الخضر الذين يقنعون الحكومات بدفع أموال الضرائب (الإعانات) مقابل إنتاج الكهرباء الخاسر.
الاندماج النووي وحده هو الذي سيحل مشكلة الطاقة
ليست هناك حاجة حتى إلى كابل نحاسي. على أية حال، يتم توصيل البالون بالأرض بواسطة كابلات معدنية. إذا كان هناك محول في الأعلى، فلن يكون هناك أي فقدان للطاقة تقريبًا لمسافة 6 كيلومترات. 6 كيلومترات تعتبر مسافة قصيرة جداً، فحتى أسلاك الجهد العالي الخاصة بشركة الكهرباء ليست مصنوعة من النحاس وتنقل الكهرباء لمسافات أطول بكثير دون خسارة كبيرة.
على أية حال، هذا ليس حلاً بالنسبة لإسرائيل، فهنا لا توجد أيام غائمة كافية لتبرير مثل هذا التعقيد، وفي البلدان التي تكون أغمق من السحب مثل أوروبا، غالبًا ما تكون هناك رياح أقوى، وهو ما يمكن أن يشكل مشكلة.
مشكلة أن البالونات سوف تتشابك في خيوطها. من الممكن الحل بحيث يتم ربط جميع البالونات بسطح واحد يتم تثبيته في الزوايا
أوافق على أن الكابل النحاسي الذي يبلغ ارتفاعه ستة كيلومترات مناسب أيضًا.
هناك مشاكل أخرى هناك، لا هدايا مجانية. الجميل هو أن العقل البشري سوف يفكر في الحلول. سيكون قطر الكابل حوالي 80 ملم لنقل ما يصل إلى 1000 أمبير (أو 25 ملم لـ 250 أمبير)، وهو وزن الكابل الذي يسحب البالون - كونه مرساة - مما يجعله عرضة للرياح (كما قال إشعياء قال: القرد ليس بقوة رأسه)، نسبة القطر إلى الطول - تتطلب مواد مرنة جديدة مثل ربما الجرافين.
صحيح. لكن كلا من رادارات الطائرات المقاتلة ورادارات الليزر التي تستهدف القمر، تستهدف بطريقة مركزة للغاية وبكفاءة عالية.
جدا. يفعلون ذلك باستخدام مجموعة من الهوائيات (المصفوفة الطورية) التي تنقل الموجات بتردد واحد (أحادي اللون) وجبهة موجة واحدة (متماسكة الطور)، خارج التداخل المكاني الذي يدمر الانتقال إلى شعاع مركّز في أنبوب رفيع في الفضاء. وهذا ينطبق على الرادار ونحن نتحدث عن نقل الطاقة، ولكن الفكرة ليست وهمية. وفي اليابان يوجد مشروع حكومي لإنشاء مزرعة للطاقة الشمسية في الفضاء مزودة بمثل هذا الهوائي. بالإضافة إلى ذلك، إذا كنت تتذكر، كانت فكرة تسلا هي نقل الطاقة الكهربائية لاسلكيًا من خلال الدليل الموجي الطبيعي الذي أنشأته طبقات الغلاف الجوي.
لا يوجد سبب لطرق مبتكرة لنقل الطاقة لمسافة 6 كيلومترات فقط. وهو الارتفاع المخطط للبالونات
سيهدر الكابل النحاسي أو حتى الألومنيوم أقل قدر من الطاقة.
يعمل العالم حاليًا على نقل الطاقة لاسلكيًا. النجاح لا يزال جزئيا. تتطلب شواحن الهواتف المحمولة القرب الجسدي. لكن فكرة نقل الطاقة لاسلكيا.
يتم تحويل الطاقة من التيار المباشر إلى موجات الراديو (جيجا هيرتز) ويتم إسقاطها بواسطة هوائي مصفوفة مرحلية إلى الأرض. المشكلة: إذا تحرك الوفاق على المستوى الجزئي فسوف يحرق مدينة بدلاً من ضرب الملجأ. لا حاجة للكابلات.
لا.
لا الأحلام، الفساد الوقح.
...ولدينا الجواب والطاقة النبيلة...
وبشكل محرج أكثر، إسرائيل المتقدمة والموفرة للشمس، تنتج أقل كمية من الكهرباء من مصادر متجددة
نسبيًا (وبالأعداد المطلقة بالتأكيد) من العديد من البلدان في أوروبا الباردة، لأنه هنا يتعين عليك الحفاظ على أباطرة الأعمال
منهم ومنهم فقط سنشتري الطاقة ولتذهب الدولة والمستهلكون إلى الجحيم. لذلك، انسوا الابتكارات في هذا المجال، فهي في الواقع لا علاقة لها بإسرائيل.
هناك بالفعل بعض القضبان المجنونة في هذا المشروع
لا يجب أن يحمل المنطاد مجمعات الطاقة الشمسية فحسب، بل يجب أن يحمل أيضًا مكثفات يبلغ طولها 6 كيلومترات، أليس هذا ثقيلًا بدرجة كافية؟ يجب إضافة أنبوب الماء إليه.
أيضًا، ما الأمر مع بالون الهيدروجين، فالعمل بالهيليوم أكثر أمانًا، خاصة في بيئة توليد الكهرباء والبرق، فالهيليوم أفضل حتى لو كان خفيفًا.
لا أفهم منطق تخزين الطاقة الزائدة طوال الليل على المنطاد. وليس على الأرض (إما بالبطاريات أو بمساعدة الهيدروجين)
في رأيي، سيتمكنون في النهاية من الوصول إلى مستوى استخدام الطاقة، بحيث تكون مربحة بما فيه الكفاية ولن تكون هناك حاجة لمثل هذه الحلول العظيمة
الأمر المؤكد هو أنه في إسرائيل اليوم ليست هناك حاجة لمثل هذه الاختراعات. فقط الحالم يستطيع أن يشرح كيف أن ألمانيا تنتج كميات أكبر من الكهرباء الشمسية بنسب مئوية مقارنة بإسرائيل المشمسة