Prevista para 2031 una planta piloto de 40 MW para generar y enviar electricidad desde el espacio

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A principios de 2022, la Agencia Espacial Europea (ESA, por sus siglas en inglés) encargó a Frazer-Nash, del Reino Unido, y a Roland Berger, de Alemania, dos estudios independientes de costes y beneficios de la energía solar basada en el espacio para las necesidades energéticas terrestres.

Los estudios se completaron en agosto de 2022 y ambos concluyeron que es posible proporcionar electricidad a un precio competitivo a los hogares y empresas europeas en 2040. Los costes totales de un desarrollo piloto, que generaría 2 GW, se han estimado entre 2.300 y 3.500 millones de euros (2.291 y 3.486 millones de dólares), y la solución es fácilmente escalable.

En noviembre se celebrará en París una reunión ministerial para acordar las prioridades de la ESA, y uno de los puntos del orden del día es la propuesta para probar la viabilidad de construir centrales eléctricas en el espacio, que contempla el proyecto Solaris. El objetivo de Solaris sería preparar el terreno para una posible decisión en 2025 sobre un programa de desarrollo completo, que establecerá la viabilidad técnica, política y programática de la energía solar basada en el espacio para las necesidades terrestres.

 

Otros proyectos con idénticas conclusiones

IECL es una empresa que diseña y fabrica soluciones de ingeniería innovadoras, centradas en la transferencia de energía inalámbrica y las energías renovables, con sede en el Centro de Innovación de Harwell, en Oxford (Reino Unido).

Entre sus soluciones se encuentra CASSIOPeiA (antenas de apertura constante, de estado sólido, integradas y orbitales, en sus siglas en inglés), que ya cuenta con una patente concedida, y otras pendientes de resolución. “Pretendemos suministrar energía renovable a escala de gigavatios directamente en el punto de necesidad”, explica la empresa.

CASSIOPeiA se fraguó en 2017: se trata de un satélite de unas 2.000 toneladas de peso que se parece a una escalera de caracol, situado a 36.000 kilómetros por encima de nuestro planeta, en una órbita geosincrónica o elíptica alrededor de la Tierra, para tener una visión simultánea de la Tierra y el Sol. El satélite recogería la energía solar mediante grandes y ligeros espejos, de hasta 1.700 m de diámetro cada uno, situados a 45º respecto a un conjunto helicoidal de hasta 60.000 paneles solares que producen electricidad en corriente continua, que luego se convierte en microondas mediante amplificadores de potencia de radiofrecuencia de estado sólido y se transmite en un haz de microondas a una estación terrestre de unos 5 km de diámetro. Esta estación convierte las microondas en electricidad para la red. La ventaja de la geometría helicoidal es que las microondas pueden dirigirse constantemente hacia la Tierra sin necesidad de juntas articuladas, que suelen fallar en entornos espaciales.
Gracias a su geometría helicoidal, CASSIOPeiA puede recibir y transmitir energía solar las 24 horas del día, sin piezas móviles.

Según Ian Cash, ingeniero jefe de IECL y corresponding author del artículo “CASSIOPeiA – A new paradigm for space solar power”, publicado en Acta Astronautica, el proyecto tiene una potencia específica media factible superior a 1 kW por kg entregado desde la órbita, y el LCOE de su vida útil es de 48 dólares por MWh.

“La energía solar basada en el espacio tiene dos enormes ventajas sobre los métodos tradicionales: por un lado, colocar un satélite que capte la luz solar en el espacio significa que no necesitaríamos cubrir grandes extensiones de tierra con paneles solares. Por el otro, no dependeríamos de las condiciones meteorológicas locales ni de si es de día o de noche”, se explica en el artículo.

 

 

Imagen: ESA

Imagen: Bunge Argentina

¿Ciencia ficción?

Aunque no lo parezca, el tema está lejos de ser solo ciencia ficción: como ya adelantó pv magazine, el gobierno de Reino Unido encargó a la consultora Frazer-Nash Consultancy la elaboración de un plan de ingeniería para desplegar un sistema de energía solar en el espacio a mediados de siglo, según informó el año pasado el Departamento de Negocios, Energía y Estrategia Industrial (BEIS) del gobierno británico.

El estudio concluyó que era factible y escalable desplegar un sistema formado por un satélite CASSIOPeiA de 1,7 km de ancho en órbita geoestacionaria, que generaría unos 3,4 GW de electricidad en el satélite. Esta se convierte en radiación de microondas de radiofrecuencia, con una eficiencia del 85%. La frecuencia de microondas propuesta es normalmente de 2,45 GHz para que sea transparente a la atmósfera y la humedad, y una potencia neta de 2,9 GW se transmite a una antena receptora –“rectenna”– situada en un punto fijo en el suelo. Esta convierte la energía electromagnética en electricidad de corriente continua y, a continuación, a través de un inversor, suministra a la red una potencia neta de 2 GW de corriente alterna.

El informe concluye que su desarrollo y lanzamiento costaría 16.300 millones de libras (18.717 millones de dólares), y teniendo en cuenta una tasa mínima de rendimiento de la inversión del 20% anual, el informe concluye que un sistema de energía solar basado en el espacio podría, durante su vida útil de aproximadamente 100 años, generar energía a 50 libras (57,42 dólares) por MWh, “entre un 14 y un 52% más caro que la energía eólica y solar terrestre actual”, según Frazer-Nash. Si el proyecto se ampliara, podría suministrar más del 150% de toda la demanda mundial de electricidad.

 

Fases y cronograma previstos

Mientras Solaris, el programa de la ESA, preparar el terreno para una posible decisión en 2025, CASSIOPeiA cuenta con un cronograma más detallado:

La fase 1, de 2022 a 2026, prevé el establecimiento de los parámetros de rendimiento de la transmisión inalámbrica de energía.
La fase 2 contempla un piloto de 40 MW en órbita terrestre baja, de 2027-2031.
En la fase 3, el demostrador es de 500 MW, ya en órbita, y abarca de 2032-2035.
En la fase 4, el prototipo de producción es de 2 GW en órbita de operación. Se desarrollaría entre 2036-2039.

“Es increíblemente escalable”, afirma Martin Soltau, de Frazer-Nash, uno de los autores del informe. Y dado que el nivel de luz solar en el espacio que rodea a la Tierra es mucho más brillante que en nuestro planeta, calcula que cada módulo solar recogería 10 veces más que si se instalara en el suelo.

A raíz de su informe, el gobierno británico ha creado un fondo de 3 millones de libras (3,44 millones de dólares) para ayudar a las industrias a desarrollar algunas de las tecnologías clave. Soltau ha colaborado en la creación de una empresa llamada Space Solar, que espera recaudar una cantidad inicial de 200 millones de libras (229 millones de dólares) de inversores privados.

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