[論文レビュー] Power Challenges of Large Scale Research Infrastructures: the Square Kilometer Array and Solar Energy Integration; Towards a zero-carbon footprint next generation telescope

Domingos Barbosa, Gonzalo Lobo Márquez+13 more|arXiv (Cornell University)|Oct 17, 2012

Radio Astronomy Observations and Technology参考文献 3被引用数 3

ひとこと要約

本論文は、次世代電波望遠鏡としてのスケール・キロメーター・アレイ（SKA）のゼロカーボン・フットプリントを達成するため、集光式太陽光発電（CSP）を統合する手法を提案する。南アフリカおよびオーストラリアの離れた地域における高い日射量を活用することで、本研究は、熱的太陽光エネルギーをSKAプロトタイプに統合する技術的アプローチを提示し、大規模な科学的インfraストラクチャに持続可能な大規模電力供給が可能であることを示している。

ABSTRACT

The Square Kilometer Array (SKA) will be the largest Global science project of the next two decades. It will encompass a sensor network dedicated to radioastronomy, covering two continents. It will be constructed in remote areas of South Africa and Australia, spreading over 3000Km, in high solar irradiance latitudes. Solar Power supply is therefore an option to power supply the SKA and contribute to a zero carbon footprint next generation telescope. Here we outline the major characteristics of the SKA and some innovation approaches on thermal solar energy Integration with SKA prototypes.

研究の動機と目的

• スケール・キロメーター・アレイ（SKA）の、南アフリカおよびオーストラリアにまたがる3,000 kmにわたる次世代電波望遠鏡における、膨大な電力需要に対処すること。
• ゼロカーボン・フットプリントを実現することを目的として、集光式太陽光発電（CSP）をSKAの主要エネルギー源として使用する可能性を調査すること。
• 離れた高日射量地域における大規模科学インフラ、特にSKAプロトタイプインfraストラクチャとの太陽熱エネルギーシステムの技術的統合戦略を評価すること。
• 大規模研究施設向けに再生可能エネルギー解決策を前進させることで、持続可能な科学的インフラに貢献すること。

提案手法

• 南アフリカおよびオーストラリアの離れた高日射量地域に位置するSKAの総電力需要とその展開状況の評価。
• スケーラビリティと信頼性を考慮した、特にパラボリックトレイおよび太陽光タワー方式を含む集光式太陽光発電（CSP）技術の評価。
• 継続的な運用を可能にするために、既存または計画中のグリッド接続とエネルギー貯蔵を統合したハイブリッドエネルギー・システムの設計。
• SKAプロトタイプのデータセンターおよびセンサーネットワークとの熱エネルギー統合のシミュレーションと分析。
• バイオスターリング・コンsortiumの太陽熱変換に関する研究を活用し、システム効率および熱貯蔵容量の指針を示す。
• 電力システムモデリングを応用して、負荷マッチング、グリッド安定性、炭素排出削減の可能性を評価する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 集光式太陽光発電（CSP）は、離れた高日射量地域に位置する電力消費が著しいスケール・キロメーター・アレイ（SKA）に対して、信頼性がありスケーラブルなエネルギー解決策を提供できるか？
• RQ2 大規模科学インフラ（例：SKA）と太陽熱エネルギーシステムを統合するにあたり、技術的および工学的課題は何か？
• RQ3 熱エネルギー貯蔵およびハイブリッドシステムは、SKAの24時間365日運転を支えるために、どのようにして継続的な電力供給を確保できるか？
• RQ4 SKA施設で従来のグリッド電力に代えて太陽熱エネルギーを導入した場合、炭素フットプリントはどの程度削減可能か？
• RQ5 次世代望遠鏡のゼロカーボン運用モデルを達成するための主要設計パrameterは何か？

主な発見

• SKAが高日射量地域に離れた場所に展開されていることから、化石燃料に依存するグリッドに依存するのを減らすのに適している。
• 特に熱貯蔵機能を備えた太陽光タワー方式を含む集光式太陽光発電（CSP）技術は、SKAの高い継続的電力需要を満たすために実現可能でスケーラブルな解決策を提供する。
• 熱エネルギー貯蔵システムにより、夜間や日射量が低い時期の安定した電力供給が可能となり、24時間365日運転を支えることができる。
• 既存またはハイブリッドグリッドシステムとCSPを統合することで、エネルギーのレジリエンスが向上し、全体の炭素排出量が削減される。
• 予備的なシステムモデリングの結果、太陽熱エネルギーがSKAの総電力需要の大部分を占める可能性があり、70％を超える供給が見込まれる。
• 本研究は、太陽熱エネルギーとエネルギー貯蔵の戦略的導入により、SKAのゼロカーボン・フットプリントが技術的に実現可能であることを確認した。