КЭС С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ ЭНЕРГЕТИКОВ

Новая энергетика - Космическая энергетика

 кэс с точки зрения энергетиков

Создание космических солнечных электростанций настолько непростое дело, что вновь и вновь возникает вопрос, почему бы подобные солнечные станции не строить на Земле. Но цифры неумолимы:

интенсивность потока солнечной энергии в космосе равна 1,4кВт/м2; в ясную погоду максимум солнечного потока на Земле в 1,2 раза меньше; средняя интенсивность света в 3 раза меньше максимальной за счет смены дня и ночи; дополнительно интенсивность уменьшается пропорционально косинусу угла падения лучей в зависимости от широты местности и значительно снижается в облачную погоду.

Таким образом, в южных широтах СССР, в местности с почти круглогодичной безоблачностью, средняя интенсивность светового потока не превышает 20% интенсивности в космосе.

Оценим теперь потери при работе КЭС. Они будут определяться, во-первых, КПД преобразования энергии постоянного тока в СВЧ излучение, равным 0,8—0,9, во-вторых, КПД передачи СВЧ излучения от антенны в космосе к антенне на Земле, зависящим от экономической целесообразности использовать для преобразования в промышленный ток окраинные области главного лепестка СВЧ излучения, (примерное значение 0,9) и, наконец, КПД преобразования СВЧ излучения в промышленный ток, значение которого в перспективных преобразователях достигнет 0,85.

Из этих числовых данных следует, что КЭС может дать выигрыш по энергетике в 3 раза по сравнению с наземной солнечной электростанцией при равных площадях солнечных батарей. Дополнительным и очень существенным преимуществом КЭС является возможность направить энерголуч в любой пункт Земли, в то время как наземная солнечная электростанция привязана к местам с малой средней облачностью.

В наш век повсеместного распространения бытовой радиоаппаратуры функциональное назначение таких компонентов КЭС, как источник постоянного тока, генератор СВЧ колебаний, антенна, понятно в общих чертах широкому кругу читателей. Поэтому остановимся на некоторых характерных особенностях КЭС, обусловленных ее наиболее новой относительно других радиоустройств целевой функцией — передачей с высоким КПД энергии на большое расстояние без проводов.

Задача, которая возлагается на антенну КЭС, — сосредоточить основную часть энергии излучения в узком телесном угле с тем, чтобы основная часть энергии излучения попала на Землю в заданную площадку.

Теория и практика показывают, что для создания узкого луча необходима прежде всего антенна больших размеров. Расчеты по КЭС дают размер антенны, превышающий не менее чем в 100 раз размер крупнейшей антенны, сооруженной до сих пор на Земле. Столь большую антенну можно реализовать как совокупность большого числа антенн меньшего размера. Поскольку предполагается создание КЭС, соизмеримых по мощности с крупнейшими современными гидростанциями, то конструктивно она должна состоять из сотен тысяч однотипных модулей, каждый из которых содержит свой генератор и антенну. Однако антенной системы большого размера еще недостаточно для формирования узкого энерголуча. Если представить, что антенны модулей станции расположены в плоскости, перпендикулярной направлению в пункт приема энергии на Земле, то для формирования узкого энерголуча необходимо, чтобы генераторы всех модулей станции работали синхронно, то есть моменты прохождения через нули и максимумы синусоидального напряжения, вырабатываемого генераторами на разных модулях, совпадали. В иной формулировке генераторы всех блоков должны работать синфазно. Но расположить антенны модулей в одной плоскости не удастся — этому препятствуют неизбежные погрешности монтажа и неизбежные колебания рамы, на которой крепятся модули станции. Поэтому генераторы станции должны работать не синфазно, но с таким сдвигом фаз, который бы компенсировал отклонение расположения блоков станции от плоскости, перпендикулярной к главному направлению излучения. Для выполнения этой задачи в блоках станции предусматривается система автоподстройки фазы. Кроме того, на Земле по краям антенного поля, собирающего энергию, размещаются вспомогательные антенны, излучающие сигнал в сторону КЭС. Измерение фазы этого сигнала на каждом из модулей КЭС позволило бы системе автоподстройки обеспечить нужный сдвиг фаз в СВЧ генераторах блоков КЭС.

Однако измерение фазы синусоидального напряжения возможно лишь при наличии некоторого опорного, эталонного синусоидального напряжения, имеющего условно нулевую фазу. Задача формирования на всех блоках станции синфазного опорного напряжения является весьма сложной в связи с тем, что погрешности монтажа и колебания рамы заставляют считать положение блоков в пространстве в определенной мере случайным. Решение этой задачи пока не найдено. До сих пор в радиотехнике такой задачи не возникало, а ее появление обусловлено огромными размерами антенной системы КЭС. В то же время нет сомнения, что эта увлекательная для радиоинженера задача будет решена.

Трудные вопросы возникают и в отношении наземной части КЭС. Проблемной задачей здесь является способ преобразования СВЧ излучения в промышленный ток. Тривиальное с научной стороны решение — это сочетание большого числа выпрямителей на основе ректенны — антенны в виде линейного вибратора, диода и фильтрующей цепи. Большое число выпрямителей и тип антенны в ректенне диктуются маломощностью полупроводниковых диодов в диапазоне СВЧ. Для получения с ректенны мощности в 10 млн. кВт необходимо, чтобы она содержала 2·1010 выпрямителей. Хотя это число и выглядит весьма внушительно, оно не безнадежно велико для практической реализации ректенны. Действительно, в заводских условиях можно было бы изготавливать однотипные блоки размером 1X1 м, из которых затем собирается ректенна. Число таких однотипных блоков при длине волны, равной 10 см, окажется равным 50 млн. — для массового производства это не очень большая величина (например, разнотипной обуви выпускается в СССР 750 млн. пар в год). Однако коммутация столь большого числа блоков с целью получения высоковольтного напряжения, приемлемого для линий электропередачи, представляет сложную инженерную проблему. Итак, принципиальная схема КЭС ясна, и с точки зрения технических возможностей можно было бы приступить к ее конструктивной разработке уже сегодня. Вопрос — нужно ли это делать? — упирается в экономические показатели КЭС.




Читайте:


Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Каталог энергетических компаний:

Каневская ГЭС

News image

Каневкая ГЭС (укр. Канівська ГЕС) — вторая ступень каскада гидроэлектростанций на территории Украины, в г.Каневе, Черкасская обл...

Нововоронежская АЭС

News image

Нововоро нежская АЭС — атомная электростанция, расположена в Воронежской области рядом с городом Нововоронеж. Является филиалом ...

Волжская ГЭС

News image

Во лжская гидроэлектроста нция (Сталинградская/Волгоградская ГЭС, им. XXII съезда КПСС) — ГЭС на реке Волге в Волгоградской обла...

Проблема энергосбережения

News image

Для цивилизованных стран остается настоящей проблемой вопрос энергосбережения. В процессе поиска путей решения нашлось немало точе...

Открытое акционерное общество Теплоэнергомонтаж

News image

Адрес: просп. Ленина, 30, г. Харьков, 61166, Украина Телефон: +38(057) 702-02-52, 702-19-81 Веб-сайт: http://ww...

ДнепроГЭС

News image

Идея строительства ГЭС на Днепровских порогах витала в воздухе еще с начала 20-го века. Первый проект их затопления был создан е...

в прошлом году в этом магазине купила купальник монокини, думаю и на этот раз его взять

Авторизация

Login Register