СЭС в космосе [альтернатива отходам для Streamflow]

[Татарин]

Исходные установки. Имеем:

Основные заморочки размещения электростанций на СБ на Земле:
— большая стоимость на квадратный метр.
— малая плотность энергии (1200Вт/м^2 максимум в пике, средняя - куда меньше, все это еще и множим на КПД);
— из предыдущего следует большая занимаемая площадь, что в населенных местах себе особенно не позволишь;
— суточная зависимость выработки;
— сезонная зависимость выработки;
— полная неманевренность, выработка в стиле "бери пока дают", а не "когда надо".

Основные заморочки "традиционно" предлагаемого способа размещения СЭС на орбите:
— к большой стоимости на кв.м. прибавляется еще и где-то 10000$ на килограмм - стоимость вывода.
— передача энергии на Землю - процесс сложный и дорогой (то есть, много стоящий: все эти преобразователи-микроволновые антенны... да еще их вывод, да еще и железо на Земле, все это само по себе уже как бы не дороже самих СБ);
— приемники СВЧ на Земле занимают опять же относительно большие площади (+площади отчуждения из соображений безопасности);
— невеликий КПД передачи;
— потенциальная опасность сверхмощного СВЧ-луча (даже сильно рассеянный он может натворить больших бед, ведь мы же говорим о гигаваттах или, по меньшей мере, сотнях мегаватт в непрерывном режиме);

Предлагается (мной - Татарин  ) решение этих проблем.
(Которое может сподвигнуть на расширение космического грузопотока, решить проблемы СЭС, решить проблемы экологии, способствовать развитию хай-тека, помочь развитию удаленных регионов и народов Крайнего Севера и проч., проч., проч. что обычно говорят в таких случаях.)

Мысль в том, что на Земле располагается крупный (порядка десятых кв.км, а то и единиц кв.км) плотный массив эффективных солнечных батарей.
На геостационаре располагается массив отражателей фокусирующих солнечный свет на наземной станции.

Массив состоит из единичных спутников с площадью зеркала порядка 1000-10000кв.м. (радиус зеркала порядка 15-80м). Зеркало сформировано сверхтонкой алюминированной (возможно - серебреной) пленкой с плотностью 5-10грамм на кв.м (это то, что доступно сейчас технологии, возможно и меньше). Зеркало имеет соответствующий радиус кривизны за счет вращения и силовых конструкций, чтобы обеспечить максимальную плотность "зайчика" на Земле. Каждый 10-й спутник имеет свою систему связи с Землей, контроль остальных производится с помощью локальной радиосети через эти выделенные спутники (это сокращает общую выводимую массу). Понятно, что каждый спутник имеет свою систему управления и ориентации (на гиродинах), СБ энергообеспечения и пр..

Наземная система представляет из себя массив солнечных батарей радиусом в "зайчик" спутника, охлаждаемых жидким аммиаком (для повышения эффективности и утилизации избыточного тепла). При рабочей температуре 150С утилизация этого тепла в ТД-цикле дает дополнительные 10%КПД.

Предполагается размещение трех-четырех таких электростанций в разных часовых поясах. Тогда становится возможным переброс энергии в энергодефицитные зоны простым поворотом отражателей на соответствующую электростанцию. Многомегаваттные ЛЭП становятся не нужны, в систему способность к передаче энергий "встроена" изначально.
Помимо прямой своей задачи (выработка электроэнергии) система способна обеспечивать освещение северных городов зимой (продлевать световой день), ночное освещение городов, курортов, праздников, зон стихийных бедствий. При достаточной общей мощности системы (порядка десятка гигаватт) становится доступным прямое управление погодой, подавление смерчей и ураганов в зародыше... Кроме того система тогда приобретает помимо народохозяйственного еще и... гм... некоторое оборонное значение.

Если имеется политическая возможность размещения пары десятков станций равномерно размещенных по экватору (или не экватору, но каждая со своей правильной долготой), то вместо геостационара можно использовать куда более низкие орбиты (скажем, 7000-10000км), что позволит немножко сэкономить на выводе. Но это сильно опционально, на возможность постройки системы влияет несущественно.

Общая экономическая эффективность системы зависит от соотношения площадь наземных СБ/площадь отражателей, широтами размещения приемных станций, КПД СБ, стоимости вывода и пр. А также от качества решения весьма нетривиальной задачи: фокусировки отраженного луча на как можно более малой площади.

 Фокусировка - довольно хитрое место... Не то, чтобы больное. Но непонятное. Неизвестно, к чему прицепиться и от чего отталкиваться для грамотной оценки.

Очень грубо, если эта задача решена на "хорошо" ("зайчик" на экваторе имеет размеры порядка 100000кв.м.), то стоимость системы СЕЙЧАС составляет около:

— наземные станции. СБ - 20Е5m*1000$/m = 200М$ (23% КПД с монтажом и прибамбасами), около 300M$ - тепловое оборудование, электротехника. Итого что-то около 0.5Г$

— космический сегмент. Предполагается, что один спутник с зеркалом 100000кв.м. имеет массу 100000m^2*8g/m^2=800kg (пленка + силовые конструкции) + СБ, системы управления/ориентации, около 400kg. Если мы берем стоимость вывода на геостационар 15000$/кг, то стоимость вывода спутника будет 18М$ (учитываем, что выводить мы их можем как поодиночно, так и пачкой, гнездятся они все равно кучами). Стоимость самого спутника спотолочно фиксируем на 40М$ - никакой особо хитрой начинки; штука, как планируется, очень серийная, так что вот. Итого 60М$.

— система управления космическим/наземным сегментом, диспетчеризация и пр. Ну, с техникой в 50M$ уложимся, бо в одном экземпляре оно всего надо, а задач особо специальных никаких. Связь с ГСС и диспетчеризация выработки - фи, тоже мне, задача.

Для системы из трех приемников и двухста спутников имеем 1.5Г$+200*60 + 50 =~ 13Г$.
Эта система теоретически имеет суммарную установленную электрическую мощность 200 спутников * 10Е5м^2 * 1200Вт/м^2 * 0.33 = 8Е9Вт = 8ГВт. Без учета естественного облучения нашего массива из СБ. Это копейки, но их тоже надо посчитать, хотя бы ради шутки. На российских широтах это около 200Вт/м^2 (в среднем, с учетом того что облачность над нами всегда отсутствует, мы ее просто сносим тепловым потоком). 2E2*2Е5 = 4Е7 = 40 МВт.
[/size]

Итого - 8 гигаватт за 13Г$ денег.
А что, ИМХО, очень неплохо...  

...первые 10-15 лет.  Пока не начнет нафиг сыпаться космический сегмент. Поэтому при нынешней технике оный прожект экономически мимо. Увы.

Что нужно сделать, чтобы он стал экономически эффективным? В первую очередь - продлить время активного существования спутников хотя бы лет до 30 лет. Лучше бы до 50-ти.
Или - внимание! - удешевить вывод на ГСО.

Плюс организация орбитального буксира, штатно прикрепленный к группировке, который занимался бы тем, что таскал бы на ГСО топливо и корректировал бы орбиты. Сваливал бы отслужившие спутники.
Кроме того, можно предусмотреть замену модулей электроники в автоматическом режиме тем же буксиром... Зеркалу, в общем-то, особенно портиться незачем... На микрометеориты мы наплюем - они хоть и подтачивают зеркало, но это слишком долгий процесс чтобы сильно волноваться из-за этого...

Короче, прожект выглядит вполне осуществимым, если не в ближайшем, то не в слишком далеком будущем.

В любом случае - спутники на ГСО таскать привычнее, веселее и полезней для здоровья, чем РАО в точку либрации. А трафик - ну, примерно того же порядка.

Прикинем.
1ГВт АЭС при выгорании перспективного топлива 50МВт*сут/кг и КИУМ 80% за год нарабатывает ~6000кг ОЯТ. То есть, для 1ГВт нам нужно обеспечить траффик Земля-точка либрации порядка 30т/год.
10ГВт комплекса "наземные СБ - отражатели" при времени жизни спутника 30 лет требуют вывода ~240т каждые 30 лет. Что составляет 8т/год на трассе Земля-ГСО. При времени жизни 15 лет - 16т/год, в два раза больше.
По порядку - примерно та же цифирь, а для здоровья и экологии - на 137% полезней!

А если нет разницы, зачем таскать в космос каку?
[/size]


Такое оно мое ИМХО.

А?

[ааа]

Прочитал тему на авиабазе и вот что пришло в голову.
Воздействие передаваемого луча на атмосферу всегда указывается как негативный фактор. А нельзя ли сделать так, чтобы именно это было целью работы СЭС? Греем какое-нибудь ущелье или водоем и косвенно снимаем энергию каким-то традиционным способом (типа ветряков).  

[Татарин]

Прочитал тему на авиабазе и вот что пришло в голову.
Воздействие передаваемого луча на атмосферу всегда указывается как негативный фактор. А нельзя ли сделать так, чтобы именно это было целью работы СЭС? Греем какое-нибудь ущелье или водоем и косвенно снимаем энергию каким-то традиционным способом (типа ветряков).  

Ага. Австралийская Solar Tower.
Этакий гигантский парник + труба на какую-то огромную высоту (километр, вроде). Мощность - 160МВт.
Возможен и такой вариант преобразователя.

Вообще говоря, можно не заморачиваться и попросту использовать нормальное ТД-преобразование. Водород как рабочее тело греем под стеклопакетом до 500С, далее - Стирлинги и/или газовая турбина. КПД будет на уровне тех же 30%.

Но дело вот в чем: стоимость СБ в пересчете на метр (а не на ватт исходя из обычной освещенности, как всегда считают) не очень-то и велика. Скажем, если плотность светового потока увеличиваем раз в 10, то получается сравнимо с тепловым оборудованием.
При этом маневренность у них потрясающая: светим сильно - вырабатывают много, светим слабо - вырабатывают мало, вообще не светим - все равно, блин, вырабатывают! С тепловыми машинами все не так весело... :\

Хотя... если разбираться серьезнее... Фиг его знает, если честно. Чтобы это понять - уж очень много считать надо.

[Agent]

У теперишних СБ есть одна проблема, убивающая их массовое применение. На производство СБ тратиться электроэнергии больше, чем они могут произвести са весь срок жизни. В разы.

[Татарин]

У теперишних СБ есть одна проблема, убивающая их массовое применение. На производство СБ тратиться электроэнергии больше, чем они могут произвести са весь срок жизни. В разы.

Я и предлагаю это дело поправить...

[Agent]

Че тут править... пара реакторов, и все счастливы (окромя зеленых)

[Татарин]

Че тут править... пара реакторов, и все счастливы (окромя зеленых)

Оно конечно...

Ну так реакторы - тоже дело недешевое. Нынче за полтора миллиарда/ГВт заваливает. Уран дорожает. Не всем их иметь позволено, опять же. Потенциально - объект терроризму. С хвостохранилищами - фиг поймет, что делать... Отходы - хоть и невелика проблема, а имеется, вопрос - зачем ее усугблять, когда в принципе можно и не? ОЯТ, опять же (см. сайт Потока ).

[Agent]

Дорого оно , но вместе с тем дешевле не найдешь. В глобальном смысле - локално и на дровах может выгодней получиться.
На данный момент наилучший способ вкладывать деньги - энергосберегающие технологии. СБ - пока прямо противоположное занятие.
Намечаеться кризис с нефтью. Уже ясно, что осномвным путем выхода выбран водородный. А это нада увеличивать выработку электроэнергии на 15-20% дополнительно к обычному росту потребления. Уголь не катит - от него радиации и так слишком много. Остаються только реакторы.
США скорее всего или в этом или в начале следующего официально снимут свой внутренний мораторий  на строительство новых станций (неофициально работы шли и так).
Украина 2 новых закладывает уже точно и еще 2 в будущем планирует. (2 были запущены недавно). Уран вскорости у США будет закупаться. Дешевле.
Картина помалу проясняеться. СБ и другой экзотике в ней места нет.

[Татарин]

Дорого оно , но вместе с тем дешевле не найдешь. В глобальном смысле - локално и на дровах может выгодней получиться.
На данный момент наилучший способ вкладывать деньги - энергосберегающие технологии. СБ - пока прямо противоположное занятие.

Пра-авильно. Я и предлагаю подумать в направлении, которое сделает СБ энергетически выгодными. Выгоднее, чем АЭС.

Украина 2 новых закладывает уже точно и еще 2 в будущем планирует. (2 были запущены недавно). Уран вскорости у США будет закупаться. Дешевле.

Ну, "между нами, девочками" (С), этого не будет никогда. Хотя бы потому что Штаты больше 70% своего урана покупают в России... а буржуйские ТВЭЛы от "Вестингауз" для ВВЭР (недавно заюзанные на одном из) особенно ценой... эээ... не блещут...  Это хохлы шугали "ТВЭЛ" на предмет большей сговорчивости в виду принципиального наличия альтернатив.
Впрочем, оффтопик.

Картина помалу проясняеться. СБ и другой экзотике в ней места нет.

А Вы радикал.
Как раз-таки история показывает, что своя ниша есть любой, самой экзотичной технологии...

Над термоядом потихоньку работают, ветряки строят, малые ГЭС, геотермальные потихоньку, с углем работают, из сланца пытаются что-то путное получить, попутный газ, отходы био- лесо- пище- и хрен-знает-какой- перерабатывающей промышленности в дело пускают... даже такая настоящая экзотика как подводные течения юзают... Есть место.

Что Вам не нравится конкретно в этом концепте?

[Agent]

По поводу урана - Россия уж очччень несговорчивая. Когда я говорил , что в США дешевле, то это не про цену, а про отсутсвие в пакете политических задвигов.
В США временно, ессно. Пока в конце концов свой цикл не запустят. Желтых Вод недостаточно. В Новоконстантиновке готовность 60% пока и осталась. Денег банально не было. Теперь рассчеты с ТЭКом 100% по всей стране и дисциплина платежей жесточайшая. Не заплатил - вырубают без разговоров. Сразу и деньги завелись для дальнейших работ. Достроили 2 первым делом.
Кстать, вариант ВВЭР для новых реакторов отброшен. В начале след года тендер будет на тип установки для 3 блока ХАЭС.

Касаемо темы - ниша есть для любых девайсов. У меня вот циферблат часов - СБ. батарейку (аккумулятор наверое там все таки) - не менял с покупки. Лет 5 уже. Есть множество мест, куда провода протянуть будет дороже установки ветряка или даже СБ. Будет спроос, без вопросов. А знач и инвестиции в разработку более продвинутых вариантов. Может когда и сделают нечто энергетически выгодное.
А вот основной обьем производва всеж реакторам уготован.

[RDA]

Прошу прощения за некоторое отступление от темы, но именно оно поможет объяснить мое скептическое отношение, нет, не к орбитальным электростанциям, а к передаче энергии на Землю.

Одним из методов терраформирования планет является изменение баланса поступающей/отдаваемой энергии. Этого можно добиться, изменив поступление энергии (из наиболее реалистичных проектов – создание орбитальных зеркал, в том случае, если требуется увеличение поступающей энергии), изменением парникового эффекта, а также изменением альбедо планеты.

Наиболее осуществим способ по изменению парникового эффекта. В том что, будучи неконтролируемым, этот процесс способен создавать проблемы на Земле – человечество убедилось на собственном опыте.

Татарину:
Вы предлагаете опробовать еще один из способов терраформирования планет на Земле?

[Татарин]

Прошу прощения за некоторое отступление от темы, но именно оно поможет объяснить мое скептическое отношение, нет, не к орбитальным электростанциям, а к передаче энергии на Землю.

Одним из методов терраформирования планет является изменение баланса поступающей/отдаваемой энергии. Этого можно добиться, изменив поступление энергии (из наиболее реалистичных проектов – создание орбитальных зеркал, в том случае, если требуется увеличение поступающей энергии), изменением парникового эффекта, а также изменением альбедо планеты.

Наиболее осуществим способ по изменению парникового эффекта. В том что, будучи неконтролируемым, этот процесс способен создавать проблемы на Земле – человечество убедилось на собственном опыте.

Татарину:
Вы предлагаете опробовать еще один из способов терраформирования планет на Земле?

Вы, наверное, смеетесь...

Во-первых, с точки зрения теплового баланса нет решительно никакой разницы между АЭС и подобным солнечным отражателем. И то, и другое - "лишняя" энергия, которую Земля не должна была бы получить от Солнца.
Во-вторых, роль энерговыработки человека (без учета выбросов) в тепловом балансе Земли смехотворна... Солнце - это 90000ТВт. Вся энергетика Человечества - меньше 10-ти... Это ж сколько надо поставить отражателей, чтобы изменить тепловой баланс?!
Это ж не кумулятивное накопление СО2 за годы, которые и действуют-то за счет этих немеренных солнечных петаватт... Это надо обеспечить _постоянную_ избыточную мощность на уровне хотя бы нескольких десятых процента, на два порядка побольше, чем ВСЕ, что мы сейчас вырабатываем на всех станциях/машинах/пароходах/печках и т.п.

И Вы серьезно полагаете, что в ближайшие двести лет мы это сможем сделать отражателями?
ИМХО, Вы чрезмерно оптимистичны. Но за поддержку - спасибо.

[Татарин]

По поводу урана - Россия уж очччень несговорчивая. Когда я говорил , что в США дешевле, то это не про цену, а про отсутсвие в пакете политических задвигов.

У амов есть свои, очень даже интересные... корейцы сейчас крепко подсели (южные, конечно).
А что требует "ТВЭЛ"?

В США временно, ессно. Пока в конце концов свой цикл не запустят.

Мне лично это кажется сомнительным... Полный цикл - уж больно дорогостоящая штука... Хотя, частично, можно попробовать, это разумно.

Кстать, вариант ВВЭР для новых реакторов отброшен. В начале след года тендер будет на тип установки для 3 блока ХАЭС.

А это, ИМХО, глупо. ВВЭР на Украине на хрен знает сколько процентов (но больше половины)  - свой же, украинский реактор.

Касаемо темы - ниша есть для любых девайсов. У меня вот циферблат часов - СБ. батарейку (аккумулятор наверое там все таки) - не менял с покупки. Лет 5 уже. Есть множество мест, куда провода протянуть будет дороже установки ветряка или даже СБ. Будет спроос, без вопросов. А знач и инвестиции в разработку более продвинутых вариантов. Может когда и сделают нечто энергетически выгодное.
А вот основной обьем производва всеж реакторам уготован.

Вот собссно топик-то - поиск экзотическоих решений для "того самого".

[Agent]

Для полного цикла не хватает только обогатительного завода. Такого что только в Ангарске есть. В СССР ток один завод был.  Цирконий свой, а уж самого природного урана лет на 200 минимум. Даже если теперишние шахты запустить на 100% мощности, то Украина сразу на втором месте по обьемам добычи окажеться.
Ну и "полный" - имееться ввиду само топливо. Конкретно таблетки и сами сборки - только в стадии рассмотрения - стоит огород городить, или нет.

ВВЭР - опасный он. Отказались исключительно по этой причине.

[Agent]

У амов есть свои, очень даже интересные... корейцы сейчас крепко подсели (южные, конечно).
А что требует "ТВЭЛ"?

ТВЕЛ ничего необычного. Путин же это привязывет к вопросам, ничего общего с атомной энергетикой не имеющих. Геополитика.

[Fakir]

даже такая настоящая экзотика как подводные течения юзают... Есть место.

   А чего, неужели уже юзают? В Тасмановом проливе, что ли?

[Bell]

А еще - приливные электростанции

Кстати, в свое время был даже поражен насколько развита на Западе ветроэнергетика. Поля и поля ветряков в Европе и штатах...

[Agent]

А это, ИМХО, глупо. ВВЭР на Украине на хрен знает сколько процентов (но больше половины)  - свой же, украинский реактор.

Все до единого ВВЭРы, последний РБМК закрыли давно.
Но теперишние требования по безопасности драконовские. Что есть гут теоретически. Практически же чтобы хоть скоко к ним приблизиться потребовало около полутора гигабакса за последние несколько лет. Для Украины сумма колоссальная.
Так что строить новые ВВЕРы по деньгам невыгодно просто.

[X]

А еще - приливные электростанции

Кстати, в свое время был даже поражен насколько развита на Западе ветроэнергетика. Поля и поля ветряков в Европе и штатах...

4To-To  BbI  npo  6pa3u/\ui0  3a6bI/\u - a  oHa  Ton/\uBo  Ha  no/\Rx  BbIpaw,uBaeT.

U 40% aBTo  kaTaeTcR  Ha He"M.

[Bell]

Ага!  :lol:
Правда эти сволочи в спирт какую-то гадость добавляют, чтоб нельзя было по назначению употреблять  :evil:
 :lol:

Короче, нет таких бредовых "энергетических идей", которые не могли бы использоваться. В том числе и предложение Татарина