Energi spiller en væsentlig rolle i at placere mennesker i kredsløb om jorden og på andre planeter. Elektrisk energi er desuden nødvendig for at holde satellitter i kredsløb, kommunikere, levere elektrisk strøm til satellittens nyttelast og vil også være nødvendig for en menneskelig base på andre planeter. Med solenergi som den primære energikilde kan månebasernes strømsystem betragtes som meget lig de vedvarende baserede terrestriske mikronet (MG'er).

Et måne-MG-system består af generationsenheder baseret på solenergi, energilagringssystemer (ESS'er) og strømforbrugene enheder. I lighed med jordbaserede MG'er kan hyppige ændringer af belastning og generering i en måne-MG skabe spændings- (og frekvens i tilfælde af AC) fluktuationer, hvilket skaber problemer med strømsystemets stabilitet og reducerer dets pålidelighed. ESS'er såsom batterier og regenerative brændselsceller (RFC'er) kan afbøde disse udsving og er også kritisk vigtige for at forsyne strømforbrugende enheder om natten eller under formørkelser. En effektiv og pålidelig drift kan opnås ved at forbinde flere MG'er sammen for at danne et multi-mikronet (MMG) system.

MULTI-MIKRONET SYSTEMER

Benyttelsen af et MMG-system giver mange fordele, såsom at dele strøm og ressourcer mellem MG'er og forbedre strømforsyningens pålidelighed. MMG øger spidseffektudvekslingen, mens to MG'er med komplementære enheder kan reducere den samlede aggregerede spidseffekt. På tidspunktet for uventede hændelser som transmissionsfejl, der resulterer i strømtab, kan MMG-systemer have evnen til at levere strøm til kritiske enheder. Styringen af MMG involverer styring af strømomformere, strømdeling mellem de distribuerede kilder, styring af ESS'erne og opretholdelse af spændingen (og frekvensen for AC-forsyning) ved punktet for fælles kobling (PCC).

Randen af "Shackleton-krateret" nær månens sydpol anses for at være den mest foretrukne placering af forskerne til at etablere en månebase på grund af dens høje tilgængelighed af solenergi. Det har nogle stærkt oplyste områder med en gennemsnitlig bestråling på 86% og modtager kontinuerligt sollys i over seks måneder. På tidspunktet for formørkelser og mørke perioder skal strømforbrugende enheder forsynes af ESS'er. Bortset fra "Shackleton-krateret", modtager "Peary-krateret"-kanten nær månens nordpol også kontinuerligt sollys og har derfor vakt interesse blandt forskerne.

MÅNEBASER OG ENERGIBEHOV

Der findes forskellige typer af strømforbrugende enheder på en månebase. Den mest synlige enhed er besætningens habitat og base camp, som har brug for 30 til 60 KW strøm, bestående af kritiske livsstøttesystemer (LSS'er), computere, lys og eksperimentværktøjer. Energibehovet er direkte proportionalt med antallet af besætningsmedlemmer og missionens varighed. De forskellige kommunikationssystemer, såsom lavhastighedskommunikation på månens overflade, rumfartøjer/kredsløbsrelæ og andre menneskelige forposter, kræver effekt fra 0,3 til 1 KW pr. sender. Bortset fra dette har In-Situ Resource Utilization (ISRU), en opsætning, der kan producere drivmidler og ilt ved hjælp af måneregolitten, brug for 10s KW til 100s KW af både termisk og elektrisk energi afhængigt af processen og produktionshastigheden. Andet udstyr såsom langdistancerovere eller tungt udstyrskøretøjer, elektrostatisk strålingsafskærmning, udforskning af vandis, selvstændigt geologi og astronomi-observatorium har også brug for strøm.

I løbet af natten eller formørkelsen forsynes belastningerne af ESS'erne. Til planetariske basemissioner er ESS'erne med høj specifik energi (mere end 500 Wh/kg), lang levetid (mere end 5 år), lang cykluslevetid (mere end 1000 cyklusser) og høj specifik effekt (500 W/kg) ønsket. De ESS'er, der kan tilfredsstille disse behov, er batterier og RFC'er.

I dette ph.d.-projekt skal der udvikles et måne-MMG-system baseret på solenergi og ESS'er ved at identificere et passende sted med rigelig solenergi og derved reducere ESS's størrelse. MG-størrelsen skal udføres under hensyntagen til strømtilgængeligheden og belastningerne, under hensyntagen til masse, størrelse og effektivitet af ESS'er og andre strømsystemkomponenter. Energistyringssystemet (EMS) af MMG skal implementeres under hensyntagen til de adskillige tekniske begrænsninger relateret til strømudstyr til sikker, pålidelig og autonom drift af måne-MMG-systemet.