Вход
Быстрая регистрация
Если вы у нас впервые: О проекте FAQ
0

Почему не строят космические электростанции?

Кокос69 [24.9K] более месяца назад

Космические солнечные электростанции могли бы полностью решить энергетические проблемы людей.В то же время они не заняли бы полезной площади на земле и не нанесли бы ей никакого вреда.

2

Будет длинно и, возможно, пессимистично...

Перво-наперво - потому что это за фигом не нужно. Вот тут написали - "полностью решить энергетические проблемы людей". А у людей есть энергетические проблемы? Энергии у человечества, сколь странным это ни покажется, хоть залейся. Проблема не с количеством энергии, а с экологией (более 80% вырабатываемой энергии генерируется за счёт сжигания ископаемого топлива). Да, рост экономики требует и роста энерговооружённости цивилизации, но этот рост прекрасно обеспечивается традиционными технологиями - тепловыми станциями, ГЭС (Китай), атомными станциями, а в последнее время и "альтернативными" - ветровыми и солнечными станциями, кое-где появляются и волновые станции промышленной мощности.

Во-вторых, даже с целью использования солнечной энергии вовсе не обязательно забираться в космос. На Земле имеются просто гигантские пространства, где солнца хоть завались: пустыни. Суммарная мощность всех (ВСЕХ!) электростанций мира - это порядка 2,8 ТВт (данные за 2016 год, но не думаю, что за 2 года это изменилось сильно). Средняя электрическая мощность С 1 кв. м земной поверхности при кпд солнечных панелей в 20% и продолжительности светового дня в 12 часов (то есть с учётом "скважности" освещённости) - 100 ватт, или 100 тыс. кВт с 1 кв. км (запомним эту величину). Так что всего территория в 10000 кв. км, уставленная солнечными панелями (напомню, площадь Сахары - 3,5 млн. кв. км, то есть речь о 0,3% площади пустыни), - это уже 35% всей мировой выработки электроэнергии.

Теперь опять вернёмся в космос. Ясное дело, что такие энергостанции можно располагать только на геостационарной орбите - иначе придётся как-то озадачиваться постоянным изменением ориентации системы передачи энергии на приёмную станцию, что для сооружения таких размеров становится нетривиальной задачей. И вот, кстати, о размерах. Ясное дело, что кпд такой станции если и отличается от кдп её наземного аналога, то максимум вдвое, потому что орбитальная станция почти всё время освещена Солнцем. Значит, 200 Вт/м². Значит, для экономически значимой мощности - ну, скажем, 20 млн. кВт, это сопоставимо с мощностью крупнейшей ГЭС "Три ущелья", - надо площадь панелей для сбора энергии в 100 кв. км. Прописью: сто квадратных километров. Реализуемость такой конструкции я предлагаю оценить самостоятельно, с учётом того, что всё равно придётся решать задачу постоянной смены ориентации энергопередающей антенны на Землю - ведь сами панели должны быть постоянно ориентированы на Солнце, при этом вся конструкция обращается вокруг Земли. Так что хочешь - не хочешь, а антенна должна вращаться относительно панелей.

И, наконец, "самое вкусное" - передача энергии. Ясен пень, что это не кабель, а беспроводная система (хотя кабель был бы лучше, как скоро станет очевидным). Раз беспроводная - значит, для начала сгенерированную энергию придётся преобразовать в энергию СВЧ или световую, в зависимости от выбранной длины волны тракта передачи.

Начнём с СВЧ.

Излучение - это волны. А электромагнитная волна, как всякая волна, обладает расходимостью. На расстоянии в 35786 км (высота геостационарной орбиты) и при длине волны, скажем, в 1 см и размере антенны, скажем, в 100х100 м дифракционная расходимость, по критерию Рэлея, составит 1,22*10^-4 радиана, что на приёмной стороне даст размер пятна в 4,4 км. Вот такой должна быть приёмная сторона предлагаемой системы - примерно 20 кв. км! Напомню, что с этой площади "просто так", средствами традиционной солнечной энергетики, можно снять 2 млн. кВт. А ведь принятую СВЧ-энергию ещё надо преобразовать обратно в электрическую (о кпд преобразования энергии постоянного тока в СВЧ-излучения на передающей стороне тоже не стоит забывать), тем самым по критерию "сколько кВт с гектара" космическая система с СВЧ-каналом передачи энергии становится сопоставима с обычной солнечной станцией, зато стоимость и техническая сложность реализации... ну, сами сообразите. К тому же вот все эти 20 кв. км автоматом становятся зоной, непригодной для жизни пернатых. Ну сами подумайте, что станет с любой вороной, которой несколько вёрст придётся лететь в энерголуче с такой плотностью мощности...

Вернёмся к световой передаче.

Мы, очевидно, хотим, чтобы размер передающей энергию антенны был невелик по сравнению с размером солнечных панелей. А энергию хотим передать практически ту же (20% от падающей солнечной, с учётом кпд панелей). Кпд лазеров даже для наиболее эффективных лазеров на полупроводниковых диодах - порядка 60%. То есть излучаемая мощность составляет примерно 12% от мощности солнечного света, собираемого станцией. Это значит, что для того же размера передающей антенны, 100х100 метров, и для нашей электрической мощности в 20 ГВт плотность мощности на антенне будет 0,2 кВт/см². Плотность солнечного излучения, напомню, - 1,3 кВт/м², или 0,13 Вт/см². То есть для начала наши лазеры должны быть в полторы тысячи раз ярче солнечного света. Дифракционная расходимость: а вот тут правила игры уже другие по сравнению с СВЧ. Если для СВЧ можно применять технологию фазированной антенной решётки и действительно считать апертуру передатчика равной 100 м, то в случае оптического канала уже не так: каждый лазер излучает сам по себе. А значит, расходимость луча всей антенны будет такой же, как расходимость луча отдельного лазерного диода, то есть высокой. А значит, на приёмной стороне для ловли передаваемой энергии опять понадобится территория размером с небольшое государство, и опять с вытекающими проблемами по преобразованию света (света! Мы от чего хотели убежать-то?) в электричество.

Мораль: на современном и даже обозримом уровне техники космические электростанции не имеют никакого смысла - ни технического, ни тем более экономического. Куда разумнее тратить средства, потребные на этот прожект, на что-то более полезное - например, на развитие термоядерной энергетики.

автор вопроса выбрал этот ответ лучшим
2

Из-за проблемы "транспортировки" выработанного электричества с орбиты на поверхность. В СССР в 80-е довольно близко подошли к решению этой проблемы, но в связи с развалом Союза разработки были заморожены, а иностранным ученым, видимо не удалось украсть достаточно данных для завершения разработки.

1

Все технические задачи имеют разные решения, часто вариантов решения одной задачи настолько много, что техническая сторона вопроса становится не главной, а первостепенное значение приобретают экономические, экологические или какие-то еще стороны вопроса. К таким задачам относится энергоснабжение. В настоящее время развитые страны имеют различные источники энергоснабжения, которые полностью обеспечивают потребности этих стран без космических электростанций, в менее развитых странах проблемы с энергоснабжением есть и часто очень серьезные, но если у этих стран не хватает денег на обычные тепловые электростанции, то откуда они возьмут эти деньги для космических электростанций? Развитие экономики, в том числе и энергетики, не может быть скачкообразным, всё должно пройти определенные стадии развития и естественным образом выйти на более высокий уровень развития.

0

Это очень дорого стоит, но очень эффективно и полезно. Так же проблема переноса энергии на Землю. Возможно было решение этой проблемы, но сейчас об этом мало что известно. Будем надеяться что люди придумают способ переноса энергии, ну а деньги возьмутся).

0

Это очень дорого а во вторых полёт россии на луну будет где то только в 2050 году.

Знаете ответ?
Есть интересный вопрос? Задайте его нашему сообществу, у нас наверняка найдется ответ!
Делитесь опытом и знаниями, зарабатывайте награды и репутацию, заводите новых интересных друзей!
Задавайте интересные вопросы, давайте качественные ответы и зарабатывайте деньги. Подробнее..
регистрация
OpenID