Все рубрики Обратная связь Карта сайта
Версия для слабовидящих
НовостиЭкономика и бизнесИсследования и анализВсе материалы

Краффт А. И все-таки эрике

1.05.2011

Электричество — самая подвижная форма энергии. Она может преобразовываться в химическую энергию, ее можно хранить в различных формах, передавать по силовым линиям и, наконец, ее можно трансформировать в микроволновой луч и таким путем передавать через пространство. Таким путем космическая техника может использоваться для передачи электроэнергии из одной точки земной поверхности в другую, а также для генерации электроэнергии в космосе с целью ее передачи на Землю.

В энергосценарии будущего космическая техника может занять видное место, если она сумеет внести вклад в распределение и генерацию электроэнергии — своевременно, многофункционально и экономически конкурентоспособным образом.

К началу последнего десятилетия XX века придется передавать тысячи миллиардов киловатт-часов к весьма нагруженным центрам в индустриально развитых странах и к возрастающему числу не менее нагруженных центров в развивающихся странах. Солнечная энергия обеспечивает наибольшую степень благоприятного воздействия на окружающую среду и, если организовать массовое производство компонентов энергостанций, — наиболее экономичную форму генерации вышеназванных количеств энергии. Это вполне естественно, поскольку самым мощным и по сути самым изначальным энергоисточником на нашей планете является Солнце. Особенно богаты солнечной энергией США, Мексика, Австралия, Африка и Средний Восток.

Чтобы доставлять порождаемую Солнцем электроэнергию от областей с наибольшей интенсивностью солнечной радиации к высоконагруженным центрам, придется передавать сотни и тысячи миллиардов киловатт-часов на большие расстояния, преодолевая океаны, горные районы, джунгли и другие труднопроходимые территории. Часто энергоисточники окажутся отделенными от потребителей многими государствами. Если использовать наземные линии передачи, придется проходить через территории этих стран, Для чего потребуются не только приобретение соответствующего права и денежные расходы, но и содержание на линии обслуживающего персонала. Физически право на прокладку силовых линий покупается ценой отчуждения огромных земельных участков, что создает нежелательные экономические, социальные, экологические и эстетические последствия. Проход через труднопроходимые территории, связанный с чрезмерно протяженными наземными распределительными сетями, приводит к значительному возрастанию эксплуатационных расходов на силовые линии (или трубопроводы жидкого водорода); в ряде случаев эти расходы значительно выше тех, что имеют место в высокоразвитых и хорошо интегрированных областях, таких как США или Западная Европа.

В этих случаях передача энергии через космические ретрансляционные станции заполняет глубокий провал в распределительной технологии. Чтобы обеспечить экономическую конкурентоспособность, космическая система ретрансляции должна обладать эффективность передачи в 60% или больше, а стоимость передачи не должна быть выше 1,4 цента на 1 кВт.ч электроэнергии, поступающей к приемной шине в конце линии электропередачи.

Независимо от использования вместе с солнечными электростанциями, система спутников-ретрансляторов энергии обеспечивает два явственных преимущества в связи с применением ядерных энергоисточников. Ядерные энергоустановки должны размещаться в удаленных пустынных районах, на безопасном расстоянии от плотно населенных областей. Во-вторых, электроэнергия, генерируемая ядерными установками, может быть распределена между множеством стран-потребителей без необходимости распределения между ними ядерных реакторов и плутония-239.

Можно безопасно «распределять» ядерную энергию, фактически сохраняя полный контроль над запасами плутоння-239.

Если благодаря отдаленному размещению ядерного энергоисточника можно повысить показатель использования (долю времени, в течение которого фактически производится энергия), то снижение эффективности передачи (сравнительно с более короткими дальностями передачи) полностью окупается.

Для системы ретрансляции энергии необходим первичный энергоисточник. Например, может использоваться подходящей величины отдаленный геотермальный или гидродинамический энергоисточник.

Имеется много стран, чьи энергетические ресурсы (солнечные, геотермальные, гидро) превосходят их внутренние потребности. Если расширить для них рынки сбыта, куда они продавали бы избыток энергии, то для этих стран (в особенности это важно для развивающихся стран) их залитые солнцем территории и другие источники энергии стали бы драгоценным активом, укрепляющим их экономику, представляющим другим странам ценный продукт, и тем самым вносящим заметный вклад в оздоровление и целенаправленное интегрирование мировой экономики. Спутники-ретрансляторы энергии обеспечат много большую область потребления этой энергии, которая будет достаточной, для того чтобы оправдать развитие и эксплуатацию названных энергоисточннков. При наличии системы спутников-ретрансляторов энергии станет возможной новая эра планетарного энергетического хозяйства.

Для создания мощности на спутниках-генераторах энергии в космосе можно использовать два очевидных энергоисточника: Солнце и ядерные реакторы. Солнце в космосе является даровым местным источником, а ядерная энергия настолько концентрирована, что может оказаться вполне экономичным снабжать ядерным горючим ИСЗ-генераторы энергии. Ядерный вариант включает как деление, так и синтез. Поскольку термоядерные реакторы тоже производят радиоактивные материалы (хотя и в меньших количествах, чем атомные реакторы) и дают отброс тепла, оба этих принципа связаны с засорением окружающей среды, а потому и желателен их вынос в космос, чтобы не загрязнять наземную среду обитания.

Генерация мощности на орбите и микроволновая передача энергии на Землю представляет собой космическую программу значительно больших масштабов, чем ретрансляция энергии через ИСЗ от наземного источника к другому району — потребителю на поверхности земного шара. Возникающие при этом транспортные потребности превосходят возможности МТКС «Спейс Шаттл». Масса ИСЗ-генератора превосходит массу спутника—ретранслятора на один-два порядка и поэтому требует значительно больших -капиталовложений во вспомогательные устройства.

Общеродовая программа «Энергия из космоса» имеет главной целью широкомасштабную трансляцию энергии микроволновым лучом (или иначе — СВЧ: сверхвысокой частоты). Она может включать три альтернативы (субродовые программы): 1) передача энергии с большой центральной силовой станции на поверхности Земли удаленным потребителям путем космической ретрансляции; 2) генерация мощности устройством на ГСО и передача ее к приемным устройствам на Земле или к экзоиндустриальным потребителям; 3) генерация мощности устройством на ССО и передача ее к потребителям на поверхности Земли через активные ретрансляторы на геостационарной орбите.

Использование космоса для передачи или для генерации и передачи энергии потребителям может быть более экономичным и более благоприятно в экологическом отношении, чем большинство чисто наземных энергетических систем. Кроме того, при таком подходе обеспечивается непрерывный рост энергоснабжения внеземных потребителей, что способствует развитию всех линий экзоиндустрии.

Вероятные сроки начала эксплуатации систем: 1-я программа 90—95 гг.; 2-я программа 95—2000 гг., 3-я программа 93—97 гг.

Принципиальные технические задачи, которые нужно решить при создании космических энергосистем, следующие: обработка (превращение из вида в вид) энергии в космосе; генерация микроволнового СВЧ — излучения; фокусирование силового СВЧ — луча; обратное преобразование микроволновой энергии в электрический ток; антенное усиление и управление силовым лучом; транспортировка и сборка больших и тяжелых конструкций в космосе; создание принципиально новых систем выведения (исключая ИСЗ-ретранслятор, для которого они не необходимы).

В основном, как уже было отмечено, космические энергосистемы благоприятны для наземной окружающей среды. Но их ахиллесовой пятой может оказаться микроволновая радиация. Сегодня необходимо провести обширные эксперименты, чтобы достаточно надежно и глубоко изучить возможные воздействия СВЧ — излучения на атмосферу, биосферу и на долговременные характеристики общественного здоровья.

Возможно, в более поздний период (после 2000 г.) будут использоваться передающие фазированные решетки (размещаемые как на Земле, так и в космосе) для частот, не проходящих сквозь всю толщу атмосферы с минимумом потерь, а напротив, поглощаемых на заранее определенных высотах (соответственно характеристикам молекул и атомов); это может использоваться для контролируемого локального управления климатом. Таким образом, между рассматриваемыми ниже космическими энергосистемами и Солеттой оказывается широкий диапазон частот, доступный в целях локальных модификаций климата: воздействия на ветры, количество атмосферных осадков, а следовательно, и на производство пищи. Такая техника могла бы обеспечить локальную компенсацию изменений климата из-за перемен в цикле солнечной активности. Но прежде необходимо более глубоко, чем это сделано до сих пор, изучить анатомию земного климата и воздействие Солнца на климат.

6.2 ТРАНСЛЯЦИЯ ЭНЕРГИИ ЧЕРЕЗ КОСМОС

Электроэнергия наземной силовой станции, питаемой солнцем, геотермическим или иным источником, будет преобразовываться в микроволновое излучение, с частотой порядка 3 ГГц (длина волны - 10 см), и по фидеру будет подаваться на передающую антенну — фазированную решетку. Передающая система формирует энергию в управляемый силовой луч и фокусирует его на ИСЗ-ретрансляторе энергии, находящемся в заданной точке ГСО; ИСЗ—РЭ будет действовать как пассивный отражатель, перенаправляющий силовой луч к приемной установке на Земле, расположенной на весьма большом удалении от первоисточника энергии. Наземная электромагнитная силовая станция преобразует СВЧ-излучение в электричество. Такая станция состоит из приемного устройства, выпрямителя (преобразующего электромагнитную энергию в постоянный ток) и обычного коллектора. (Вообще говоря, преобразователь может стоять и у потребителя, а на приемной станции отсутствовать.)

Транспортировка элементов ретранслятора на ГСО может выполняться с помощью МТКС «Шаттл», работающей совместно с пилотируемым межорбитальным буксиром или связкой ступеней с солчечно-электроракетной тяговой системой. Сборка будет выполняться на опорной околоземной орбите, но возможна и окончательная сборка на самой ГСО. Для обслуживания системы будут использоваться две космические станции: с экипажем в 12—24 чел. на околоземной и в 6—12 чел.— на геостационарной орбитах.

Наземные элементы системы (передающее и приемное устройства) потребуют около 36 км² площади из расчета на 1000 МВт транслируемой мощности. В табл. 8 показаны характеристики системы, рассчитанной на подводимую к передатчику мощность около 12 ГВт.

Линия электропередачи на 600—800 кВ напряжения при входной мощности в 2200 МВт (выходная мощность в этом случае зависит от длины линии) требует около 50 км² на каждые 1000 км Дистанции. Таким образом, космическая система оказывается лучшей уже при дистанции передачи энергии около 2000 км, если исходить из потребности в отчуждении земель. Если же исходить из эффективности передачи, «точка пересечения» наземной и космической систем соответствует дальности передачи где-нибудь около 4000—6000 км для высокоразвитой, плоской территории; и при гораздо меньших расстояниях — для неосвоенных, «диких» территорий (джунгли, горы и т.п.). Но космическая система электропередачи совершенно незаменима, если требуется «перепрыгнуть» через океан. Если исходить из потребления электропроводящих материалов (имея в виду алюминий), точка пересечения лежит при Дальности передачи около 2500—3500 км. Стоимость разработки и Установки космической системы энергопередачи должна быть около 450 долл. на 1 кВт (в ценах 1975 г.). Учитывая первоначальные капиталовложения и эксплуатационные расходы, отнесенные энергии, переданной в течение 30 лет, получим стоимость трансляции энергии при коэффициенте загрузки 90%, около 1 цента на 1 кВт.ч.

Развитие термоядерных реакторов как источников первичной энергии является, по-видимому, особенно важной предпосылкой для серьезных успехов человека в космосе, и, в первую очередь, для индустриального освоения внеземной окружающей среды. Наиболее привлекательные черты и огромные потенциальные возможности управляемой термоядерной реакции показаны суммарно на рис. 54, на котором видно, что термоядерная энергия занимает - весьма высокое место среди ключевых технологических принципов, связанных с индустриализацией космоса.

Рис. 54. Схема достоинства использования управляемой термоядерной анергии в космической индустрии

Управляемая термоядерная реакция, когда она будет технически реализована, по ряду причин станет более дешевым и универсальным источником энергии, чем солнечный свет. Во-первых, термоядерная энергоустановка более компактна по сравнению с энергоустановкой, так или иначе использующей в качестве первичного энергоисточника солнечную радиацию. Высокая плотность энергии в термоядерной установке, ее большая компактность делают ее наиболее транспортабельным энергоисточником, особенно при больших потребных мощностях. Термоядерный энергоисточник не зависит от затмений, от чередования ночных периодов (в том числе и на поверхности иных космических тел, кроме Земли); он не зависим и от расстояния до Солнца. Термоядерный реактор —единственный энергоисточник, способный обеспечить вынос с поверхности Земли в космос значительной части индустрии, особенно тех ее отраслей, которые по тем или иным соображениям нежелательно...

Источник: www.astronaut.ru

Нетрадиционная энергетика

Содержание: СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА; ВЕТРОЭНЕРГЕТИКА;; ЯДЕРНАЯ (АТОМНАЯ) ЭНЕРГЕТИКА; РАЗНОЕ.

Совет. Для быстрого поиска воспользуйтесь встренными возможностями браузера. Просто нажмите + и введите фамилию автора или ключевое слово. P.S. Не забывайте и про, и.

СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГЕТИКА.

1.05.2011
Энергетика. Напротив энергосбережение. Оказалось, что возобновляемые источники энергии

Международная специализированная выставка 18 февраля 2009 - 20 февраля 2009

Наша цель – объединение усилий власти, бизнеса, общественности, науки и производства для внедрения энергоеффективных технологий.

Выставочный центр «LEMBERG» приглашает Вас принять участие в международной специализированной выставке «Энергетика. Энергосбережение. Возобновляемые источники энергии», которая будет проходить 18 – 20 февраля 2009 года в городе Львове в рамках Международного Экологического Форума «ECO Solutions – новые технологии», направленного на продвижение новых мировых технологий, которые учитывают потребности человечества в сохранении и улучшении экологии в Украине.

1.05.2011
Возобновляемые источники энергии

Может случиться, что запасы нефти, газа и угля на нашей планете иссякнут. Именно поэтому уже давно ученые обратили свой взгляд на возобновляемые источники энергии, то есть те ресурсы, запасы которых практически не расходуются в процессе использования или восстанавливаются быстрее, чем их расходуют. В число возобновляемых источников энергии входят солнечная энергия, энергия морских течений, волн и приливов, геотермальная, ветровая энергия и другие источники.

1.05.2011
Все статьи

Комментарии

В мире

137 274 411 548 685 685