桑迪亞國家實驗室開發微電網以為未來月球基地供電
為了保持NASA的Artemis人類月球前哨站的照明,桑迪亞國家實驗室正在開發微型電網以處理從月球基地的微型核反應堆到各種生活和支持設施的電力分配。NASA雄心勃勃地想要在月球上建立一個永久性的人類存在以此來作為最終的火星載人任務的預演,這帶來了巨大的工程挑戰。
月球基地將不僅要比空間實驗室離地球遠一千倍,而且需要一種全新的方法來解決問題。
其中最大的挑戰之一將是為前哨基地提供電力。因為該基地預計一次可居住兩個月,它必須在14天的月夜中運行。這意味著太陽能電池板不是一個實用的選擇,因此正在開發一系列小型核反應堆從而跟電池板一起使用或代替它們。
然而這並不只是提供電壓的問題。該基地將需要一個小型電網來傳輸電力並確保定期和穩定的供應。作為一個額外的複雜因素,該基地將由兩個設施組成:一個是棲息地,另一個是位於幾英里外的採礦和燃料加工綜合體。
擬議的微電網每個設施一個並相互連接,它們將類似於用於國際空間站的電源但需要一些基本的改變。比如,其仍需決定電網是以直流電還是交流電運行,然後在棲息地轉換為直流電。
其他問題則包括開發系統和軟件來調節加工廠的電力,從而使電壓水平在從幾毫秒到整個季節的需求變化中保持平衡。為此,桑迪亞開發了一個可擴展的微電網設施和控制系統設計方法以研究月球基地的能源需求和規格。
這個想法是產生一個自上而下的設計,首先開發控制系統和儲能規格,然後開發滿足這些規格的組件。此外,微電網將需要進行過度的工程設計以提高彈性,不過與此同時又要足夠靈活,從而使一個電網能跟另一個電網合作。
桑迪亞電氣工程師Jack Flicker說道:“像國際空間站類型的微電網跟具有月球基地範圍的微電網之間有一些非常重要的區別。其中一個區別是地理上的大小,這可能是個問題,特別是在低直流電壓下運行時。另一個是,當你開始擴展這些系統時,將有更多的電力電子設備及更多的分佈式能源存在於整個基地。桑迪亞研究帶有大量分佈式能源資源的微電網已經有相當長的時間了。”