Орбитальные солнечные электростанции

[vlad7308]

Shestoper пишет:

vlad7308 пишет:
и действительно начали реально использоваться практически сразу, и сразу стали коммерчески успешны.

А СБ сейчас не продаются?

СБ продаются.
Но Вы продаете не СБ.

Вы продаете СКЭС планетарного масштаба.
Которую, к тому же, даже чисто инженерно можно сделать не сейчас, а "когда-нибудь лет через ...десят", да еще и с, мягко говоря, неясными экономическими перспективами.
В отличие от ДВС, который в 19в можно было сделать сразу, сделать дешево и просто, и от которого сразу была конкретная и несомненная польза.
Поэтому ДВС есть, а СКЭС - нету.

[pkl]

Художник пишет:

pkl пишет:
Единственный вариант использования энергии в космосе, который я вижу сейчас, - добыча на Луне, Меркурии или астероидах каких-то редких и ценных химических элементов, типа рения и доставка их на Землю. Тогда вся эта гигантская инфраструктура вырабатывается на месте из местных материалов, а межпланетные грузопотоки составляют от сотен кг до десятков, первых сотен тонн. Что вполне по силам и современной космической технике.

100 кг рения не окупят путешествие на Луну. А что, на луне много рения?

А как с Не-3?

Рений я привёл только в качестве примера. Что же до гелия, то это явно не главная проблема термояда.

Shestoper пишет:
Этот проект все равно требует качественного развития техники - создания самовоспроизводящихся комплексов. Не думаю что создать их будет существенно проще и дешевле, чем построить электромагнитную катапульту - она может и большая, зато не требует качественного скачка самостоятельности роботов.
Развитие производственных и транспортных технологий будет происходить параллельно. Размножение роботов на планетах конечно сильно ускорит освоение космоса, но и транспортные потоки от десятков тысяч до миллионов тонн в год человечеству будут вполне по зубам.

А Вы попробуйте себе представить затраты энергии, необходимые для обслуживания таких грузопотоков. Прелесть репликаторов как раз в том и состоит, что ничего особо никуда возить не нужно. И, хочу обратить внимание на один момент: если прогресс в области энергетики и средств выведения, по сути, остановился на уровне 50-х гг., то робототехника, ИИ, 3Д-принтинг развиваются семимильными шагами! Что как бы наводит на размышления о возможном направлении прогресса.

[pkl]

vlad7308 пишет:
А через 200 лет какой-нибудь студент-историк процитирует вас в своей курсовой работе, иллюстрируя глупость предков

Вопрос в том, как дожить до этого будущего в условиях сокращающихся ресурсов.

[Художник]

vlad7308 пишет:

Shestoper пишет:
А СБ сейчас не продаются?

СБ продаются.
Но Вы продаете не СБ.

Вы продаете СКЭС планетарного масштаба.
Которую, к тому же, даже чисто инженерно можно сделать не сейчас, а "когда-нибудь лет через ...десят", да еще и с, мягко говоря, неясными экономическими перспективами.
...
Поэтому ДВС есть, а СКЭС - нету.

Так понял не "продаёте СКЭС", а "предлагаете создание СКЭС".

Экономических перспектив СКЭС на Земле без сомнения никаких нет.

КПД СБ - 5-16% , КПД ТЭЦ - 60-80 %. Срок окупаемости ТЭЦ - 5 лет , СБ - 25 - 30 лет (на земле), СКЭС - теоретически отсутствует.

[pkl]

Шестопёр, как я понимаю, хочет сказать, что многие технические идеи опережают своё время на десятки лет и века. Самобеглые коляски ещё И. Кулибин делал. Но вот их массовое использование и применение началось лишь в начале ХХ в., когда общий уровень технологии позволил. Другое дело, что не исключено, что солнечные электростанции /вообще любые, а не только космические/ ждёт судьба дирижаблей. :oops:

[Юрий Михайлович Темников]

Пока все наоборот мощность СЭС как на земле так ив космосе постоянно растет.На фоне постоянного роста цен на нефть уже строятся СЭС большой мощности даже в северных странах.МКС-около100квт .Группировка спутников связи там мощности еще больше.Даже высокая цена не останавливает.Просто нет альтернативы.

[pkl]

И что с того, что растёт? Каков процент генерации СЭС в энергосистеме, допустим, Германии, а?

А МКС является, как раз, наглядной демонстрацие недостатков СКЭС. Во всей красе, так сказать.

[Shestoper]

vlad7308 пишет:
Вы продаете СКЭС планетарного масштаба.
Которую, к тому же, даже чисто инженерно можно сделать не сейчас, а "когда-нибудь лет через ...десят", да еще и с, мягко говоря, неясными экономическими перспективами.
В отличие от ДВС, который в 19в можно было сделать сразу, сделать дешево и просто, и от которого сразу была конкретная и несомненная польза.
Поэтому ДВС есть, а СКЭС - нету.

Ядерный реактор тоже нельзя сделать на коленке в сарае. Но они есть, поскольку понадобились в первую очередь для оружия.
Термоядерный реактор ещё сложнее, и не так срочно необходим, поэтому их пока нет. Но работы идут, параметры экспериментальных реакторов повышаются. Только один ITER обойдется в 20 миллиардов долларов. Но он будет работать на тритии. Потом ещё нужно создать годный для промышленного использования реактор, который будет кушать гелий-3 (температуру плазмы придется ещё повышать). И нужно будет создавать инфраструктуру по добыче и доставке лунного гелия.
Это колоссальный проект, но он не стоит на месте. На него тратят немалые деньги.

СКЭС для рентабельности должны включать дешевое средство выведения. Большая многофункциональная катапульта, годная для запуска не только высокопрочных грузов, обойдется примерно в 100-150 миллиардов $. Технологии производства СБ с строительства микроволновых передатчиков по сравнению с термоядом просты как две копейки. Поэтому этот вариант новой энергетики может дать отдачу намного раньше термояда.
Кроме того, катапульта  может быть задействована для обслуживания самых разных космических проектов, и существенно облегчает их реализацию, снижая стоимость выведения. Тот же горно-обогатительный комплекс на Луне строить ракетами, даже с учетом прогресса робототехники - то ещё удовольствие. Даже регулярное снабжение исследовательской лунной базы ракетами будет обходиться в миллиарды $ в год.

[Shestoper]

pkl пишет:
И что с того, что растёт? Каков процент генерации СЭС в энергосистеме, допустим, Германии, а?

Данные за 2010 год: в Германии 2%, в Испании 2,7%, в Италии 3%.
Конечно на Земле у СБ перспективы хилые. Но на ГСО батарея будет выдавать в 5-8 раз больше энергии, чем в разных широтах Земли. Даже теряя 40-60% при транспортировке, получаем выигрыш в 2-5 раз.
Лишь бы выведение удорожало СБ не более, чем в 1,5-2 раза - и космические СБ станут выгоднее земных и смогут конкурировать с углеводородами.

[Shestoper]

Художник пишет:


КПД СБ - 5-16% , КПД ТЭЦ - 60-80 %.

Вообще-то рекорд СБ - уже 44,7%, для многослойных структур. Причем они работают совместно с концентраторами, и малая площадь полупроводника искупает его сложность, кВт таких батарей не дороже обычных, однослойных.
А ТЭЦ полностью реализуют свой КПД только во время отопительного сезона, когда есть спрос на пар низких параметров.

Стоимость строительства 1 Вт установочной мощности для АЭС 2,2-3 $, газовых ТЭС 0,9 $, угольных 1,4 $, солнечных 2,5-4 $ (данные за 2012 год).

[Shestoper]

pkl пишет:
А Вы попробуйте себе представить затраты энергии, необходимые для обслуживания таких грузопотоков. Прелесть репликаторов как раз в том и состоит, что ничего особо никуда возить не нужно.

Чтобы разогнать 1 кг до 15 км/c, при КПД катапульты  30% нужно  105 кВт*ч. При цене 5 центов за кВт*ч это 5,25 доллара.
Ну пусть 10 долларов, если энергия станет дороже, а КПД процентов 20.
Если цена катапульты 100 миллиардов, отбить их нужно за 10 лет, и ежегодно запускаем по 100 тысяч тонн - накрутка на 1 кг получится 100 долларов.
Ещё остается стоимость работ по текущему обслуживанию катапульты. Но в целом уместить цену выведения в 200-300 $/кг вполне реально. Причем это будет не только выведение на НОО, но при необходимости на высокую орбиту или отлетную траекторию (из 15 км/c 3-4 будем терять в атмосфере).

Репликаторы - штука прекрасная, спору нет. Но хотелось бы и что-то вещественное возить между планетами, кроме лучей энергии. Тех же человеков, к примеру, в ненулевых количествах.
По Земле люди ежегодно перевозят миллиарды тонн грузов. Те космические грузопотоки, про которые я писал как про светлое будущее, и которые на 2-3 порядка больше нынешних - это все равно будет ничтожная часть грузооборота земного транспорта.

[pkl]

Мне бы тоже хотелось. Но вот энергетические затраты на перевозку грузов по Земле /точнее, по воде/ не идут ни в какое сравнение с затратами на перевод их с орбиты на орбиту. С термоядерным синтезом, не спорю, проблем много, но и тут, по сути, не меньше: помимо выведения и сборки остаются проблемы с поддержанием ориентации СКЭС, наведения луча, безопасностью. Я хотел обойти эти проблемы, разместив СКЭС ближе к Солнцу, да увы... идею никто не поддержал. А

Данные за 2010 год: в Германии 2%, в Испании 2,7%, в Италии 3%.

это, извините, курам на смех. Неудивительно, что они на нас попёрли.

[Художник]

Юрий Темников пишет:
Пока все наоборот мощность СЭС как на земле так ив космосе постоянно растет.На фоне постоянного роста цен на нефть уже строятся СЭС большой мощности даже в северных странах.МКС-около100квт .Группировка спутников связи там мощности еще больше.Даже высокая цена не останавливает.Просто нет альтернативы.

Не путайте термины электростанция и электрогенератор. Электростанция это совокупность установок, и предполагает хотя бы несколько  потребителей. Генерирующий локальный источник электропитания, (не только накопительный) для одного потребителя, как правило входящий в состав его внутренней структуры, обычно называется генератором. Таким образом, строго говоря никаких СЭС в космосе нет.

Хотя бы потому, что как правило, электростанции предполагают наличие электросетей.

Альтернатив источников электропитания для спутников мало. Это изотопные элементы, атомные реакторы.


Насчёт роста мощности СЭС на земле - это слишком оптимистичные заявления. Растёт, но очень немного и в основном за счёт именно локальных источников точечных объектов (дом, фонарь, удалённый радиопередатчик, юрта чабана, охотничий домик, и т. п.)

[Shestoper]

pkl пишет:
наведения луча, безопасностью. Я хотел обойти эти проблемы, разместив СКЭС ближе к Солнцу, да увы... идею никто не поддержал.

Ваша идея хороша, но пока преждевременна.
Передавать энергию лучом на межпланетные расстояния имеет смысл, когда энергопотребление человечества возрастет на порядки, иначе антенна будет намного больше самих СКЭС.
Какие ещё варианты? Возить энергию в виде материального концентрата? Какого? Антивещество? Пока его производство происходит с очень низким КПД, невыгодно.
Ещё один вариант - массовое размещение промышленности ближе к Солнцу. Но это явно не в ближайшие десятилетия. Да и для транспортировки готовой продукции к потребителю понадобятся такие грузопотоки, которых Вы опасаетесь (даже если производство предметов потребления составит небольшую долю этой промышленной базы).

Что касается безопасности передачи энергию на Землю микроволнами - плотность энергии в пучке будет всего на порядок отличаться от плотности энергии солнечного света в безоблачный полдень. Это нужно прежде всего для того, чтобы минимизировать воздействие лучей на формирование местных воздушных потоков.
Так что луч там будет совсем не как у сокрушительного гиперболоида. И никто не станет делать приемную ректенну рядом с мегаполисом.
К тому же размерность и инерция антенн будет работать на устойчивость наведения, попробуй отклони случайно такую махину.

[Shestoper]

Художник пишет:
Насчёт роста мощности СЭС на земле - это слишком оптимистичные заявления. Растёт, но очень немного и в основном за счёт именно локальных источников точечных объектов (дом, фонарь, удалённый радиопередатчик, юрта чабана, охотничий домик, и т. п.)

Стоимость производства энергии СБ за последние десятилетия очень ощутимо снизилась. Грозятся к 2020-25 году добиться "сетевого паритета", после чего рост солнечной энергетики (и так неплохой) может стать ещё стремительнее.
Да, наземные СБ имеют ряд неустранимых недостатков. Например зависимость мощности от времени суток (но это хотя бы предсказуемо) и от погоды, так что нужны резервные генерирующие мощности на случай  затяжной облачности и накопители энергии для подачи потребителям по вечерам.
Но развитие наземных СБ позволяет отработать более рентабельные конструкции батарей.
Для появления лет через 10-20 конкурентосопосбных СКЭС не хватает только дешевого средства выведения.

[Юрий Михайлович Темников]

Как то не верится что геостационар с его многочисленными стволами приемными антеннами и пр хозяйством единый потребитель .Не говоря уже о МКС там чуть не районная сеть потребителей.Кстати первые электростанции были домовыми.Все должно пройти все ступени своего развития.Будем надеяться и на СКЭС у Меркурия.Вот со средствами выведения действительно большие проблемы ,из ракет выжато почти все и нужны новые технические решения.Вот здесь ИМХО СКЭС будут востребованы намного раньше чем будут передавать энергию на Землю.

[Художник]

Shestoper пишет:

Художник пишет:


КПД СБ - 5-16% , КПД ТЭЦ - 60-80 %.

Вообще-то рекорд СБ - уже 44,7%, для многослойных структур. Причем они работают совместно с концентраторами, и малая площадь полупроводника искупает его сложность, кВт таких батарей не дороже обычных, однослойных.
А ТЭЦ полностью реализуют свой КПД только во время отопительного сезона, когда есть спрос на пар низких параметров.

Стоимость строительства 1 Вт установочной мощности для АЭС 2,2-3 $, газовых ТЭС 0,9 $, угольных 1,4 $, солнечных 2,5-4 $ (данные за 2012 год).

Во первых, я писал не о рекордах, а о реально существующих практически достигнутых результатах. Сколько стоит этот рекордсмен? Можно ли его купить производимого промышленно, прошёл ли он испытания? сколько времени? Ответов нет.

С цифрами по установочной стоимости у Вас вообще неясно, а по поводу стоимости солнечных АЭС полная нестыковка и некорректность. 

В частности, Вы указываете  2,5-4 $ за 1 Вт. Да, это примерная стоимость панелей, но не СЭС. Простейший источник электропитания китайского производства мощностью 40 Вт стоит ~ 310 $, т. е. 7,75 $ за Вт. Далее минусуйте тёмное время суток вашего региона, пасмурные дни в году, и т. п. КПД со временем эксплуатации солнечных батарей резко падает, особенно дешёвых на поликремнии, собственно их и считаем, но это отнюдь не монокремний, который работает в космосе, там цены выше на порядок и более, так вот эффективность в конце эксплуатации падает в разы, в плоть до нуля. Так же с системами накопления энергии в источниках с солнечными панелями, срок их жизни ограничен, их требуется менять в процессе эксплуатации. СтОят гелиевые аккумуляторы весьма дорого, литиевые аккумуляторы - ещё дороже. Количество циклов разряда ограничено. Сейчас реально солнечные источники питания работают на грани окупаемости - срок окупаемости - 20 лет, срок службы 20 - 25 лет. Это на Земле. В космосе всё гораздо хуже и сложнее.

Сразу допишу про идею космической солнечной электростанции, что если передавать энергию в космосе элекронным лучом, нужны ещё генераторы, антенны, системы слежения и ориентации, и т. д. учтите, они не вечные, нуждаются в обслуживании, стоимость и КПД передачи таких систем съест всю возможную экономическую выгоду, а необходимость установки на приёмнике энергии систем преобразования СВЧ энергии опять же с низким КПД, плюс издержки на ремонт и эксплуатацию такого сложного и дорогого оборудования введёт этот проект не только в ноль, но и в большой минус по экономике. 

Про технические проблемы даже обсуждать не хочется в связи с вышеописанной принципиальной экономической нерентабельностью проекта. 

[Shestoper]

Художник пишет:
Во первых, я писал не о рекордах, а о реально существующих практически достигнутых результатах. Сколько стоит этот рекордсмен? Можно ли его купить производимого промышленно, прошёл ли он испытания? сколько времени? Ответов нет.

Рекордсмен - вот: http://alternativenergy.ru/solnechnaya-energetika/590-solnechnye-elementy-s-vysokim-kpd.html
Судя по высокому КПД, там основа многослойной структуры арсенид галлия. Мышьяк и галлий распространены гораздо меньше, чем кремний, и дороже. Но за счет высокой рабочей температуры, применения концентраторов, более высокого КПД и повышенной радиационной стойкости арсенид-галлиевые СБ в космосе могут оказаться конкурентоспособными с кремниевыми: http://solar-battery.narod.ru/getero.htm

Художник пишет:
Далее минусуйте тёмное время суток вашего региона, пасмурные дни в году, и т. п. КПД со временем эксплуатации солнечных батарей резко падает, особенно дешёвых на поликремнии, собственно их и считаем, но это отнюдь не монокремний, который работает в космосе, там цены выше на порядок и более, так вот эффективность в конце эксплуатации падает в разы, в плоть до нуля. Так же с системами накопления энергии в источниках с солнечными панелями, срок их жизни ограничен, их требуется менять в процессе эксплуатации. СтОят гелиевые аккумуляторы весьма дорого, литиевые аккумуляторы - ещё дороже. Количество циклов разряда ограничено. Сейчас реально солнечные источники питания работают на грани окупаемости - срок окупаемости - 20 лет, срок службы 20 - 25 лет. Это на Земле. В космосе всё гораздо хуже и сложнее.

Сразу допишу про идею космической солнечной электростанции, что если передавать энергию в космосе элекронным лучом, нужны ещё генераторы, антенны, системы слежения и ориентации, и т. д. учтите, они не вечные, нуждаются в обслуживании, стоимость и КПД передачи таких систем съест всю возможную экономическую выгоду, а необходимость установки на приёмнике энергии систем преобразования СВЧ энергии опять же с низким КПД, плюс издержки на ремонт и эксплуатацию такого сложного и дорогого оборудования введёт этот проект не только в ноль, но и в большой минус по экономике.

Либо крестик снять, либо трусы надеть.
Или пасмурные дни и литиевые аккумуляторы на земле, или СВЧ-преобразователи в космосе (КПД передачи энергии 40-50%). В космосе на ГСО ввиду постоянной освещенности аккумуляторы не нужны. И подвижные антенны тоже, на то орбита и стационарная.
Среднесуточная освещенность на ГСО в 5-8 раз выше, чем на Земле. Так что даже с учетом потерь на передачу, все равно получаем выигрыш мощности в 2-3 раза.

[vlad7308]

Художник пишет:
Во первых, я писал не о рекордах, а о реально существующих практически достигнутых результатах. Сколько стоит этот рекордсмен? Можно ли его купить производимого промышленно, прошёл ли он испытания? сколько времени? Ответов нет.

С цифрами по установочной стоимости у Вас вообще неясно, а по поводу стоимости солнечных АЭС полная нестыковка и некорректность.

В частности, Вы указываете 2,5-4 $ за 1 Вт. Да, это примерная стоимость панелей, но не СЭС. Простейший источник электропитания китайского производства мощностью 40 Вт стоит ~ 310 $, т. е. 7,75 $ за Вт. Далее минусуйте тёмное время суток вашего региона, пасмурные дни в году, и т. п. КПД со временем эксплуатации солнечных батарей резко падает, особенно дешёвых на поликремнии, собственно их и считаем, но это отнюдь не монокремний, который работает в космосе, там цены выше на порядок и более, так вот эффективность в конце эксплуатации падает в разы, в плоть до нуля. Так же с системами накопления энергии в источниках с солнечными панелями, срок их жизни ограничен, их требуется менять в процессе эксплуатации. СтОят гелиевые аккумуляторы весьма дорого, литиевые аккумуляторы - ещё дороже. Количество циклов разряда ограничено. Сейчас реально солнечные источники питания работают на грани окупаемости - срок окупаемости - 20 лет, срок службы 20 - 25 лет. Это на Земле. В космосе всё гораздо хуже и сложнее.

Сразу допишу про идею космической солнечной электростанции, что если передавать энергию в космосе элекронным лучом, нужны ещё генераторы, антенны, системы слежения и ориентации, и т. д. учтите, они не вечные, нуждаются в обслуживании, стоимость и КПД передачи таких систем съест всю возможную экономическую выгоду, а необходимость установки на приёмнике энергии систем преобразования СВЧ энергии опять же с низким КПД, плюс издержки на ремонт и эксплуатацию такого сложного и дорогого оборудования введёт этот проект не только в ноль, но и в большой минус по экономике.

Про технические проблемы даже обсуждать не хочется в связи с вышеописанной принципиальной экономической нерентабельностью проекта.

все это абсолютно верно (и еще можно много чего добавить)
и все это здесь писано уже стопицот раз

[Shestoper]

vlad7308 пишет:
все это абсолютно верно (и еще можно много чего добавить)
и все это здесь писано уже стопицот раз

До введения многопольного севооборота и создания современной агрохимии самые высокие урожаи в расчете на единицу трудозатрат давало подсечное земледелие.
Но людям пришлось от него отказаться за столетия до того, как современная агротехника позволила в умеренной полосе получать более высокую урожайность. И пришлось крестьянину больше горбатиться, чтобы прокормиться. Потому что подсечное земледелие требует частых переносов поля на новые участки леса, оно невозможно при мало-мальски серьёзной плотности населения.

Использование угля и углеводородов, особенно из легкодоступных месторождений, конечно недорого и хорошо отработано. Но только ресурс это конечен.
При современном уровне потребления обычной нефти хватит на 50 лет, нефти в горючих сланцах и битуминозных песках - на 150-200, газа и угля на 120-130. Так что в целом лет на 150, это если энергетика расти не будет.
Есть ещё газогидраты, их энергетический потенциал по разным оценкам в 2-10 раз больше, чем у всех остальных запасов углерода. Их хватило бы на несколько веков, но опять же - при стабильном уровне потребления.
Если будет рост всего на 2% год, то за 100 лет энергопотребление увеличится в 7,2 раза, за 200 лет в 52 раза. Тогда даже газогидратов хватит сравнительно ненадолго, даже если оставить за скобками экологические последствия сжигания такого количества углеводородов.

Продолжить экспотенциальный рост энергопотребления в масштабе ближайших столетий (и выйти на новый уровень цивилизационных возможностей, вплоть до астроинженерии и межзвездных полетов) человечество сможет только при условии вынесения большей части деятельности в космос и использование термояда в виде искусственных или естественного (Солнце) реакторов. Во всяком случае так это выглядит с позиций современных научных знаний.