Космические солнечные электростанции на базе СВЧ-канала передачи энергии. Продолжение 1

071215 1435 1 Космические солнечные электростанции на базе СВЧ канала передачи энергии. Продолжение 1

Ранние проекты КСЭС отличались сравнительно большой мощностью единичной станции при огромных габаритах и массах. Однако более предпочтительным представляется развертывание системы энергоснабжения Земли из космоса на основе большого количества КСЭС умеренной мощности, что позволяет реализовать проект поэтапно.

 

Космическая система энергоснабжения Земли умеренной мощности, разработанная в ИЦ им. Келдыша, включает космический и наземный сегменты. В состав космического сегмента входит система орбитальных КСЭС, использующих солнечную энергию в качестве первичного источника мощности, которая транслируется наземному потребителю посредством СВЧ-излучения. Наземный сегмент состоит из приемных пунктов, включающих антенны для приема СВЧ-излучения (ректенны) и преобразователи энергии СВЧ-излучения в электроэнергию, используемую потребителями. Срок функционирования системы может составить 20-30 лет.

 

Рассматривалась концепция построения системы энергоснабжения Земли на основе группировки КСЭС, размещенных на низких околоземных орбитах. Был проведен анализ эффективности и определен выбор орбитального построения системы, сформированы требования к характеристикам КСЭС и параметрам всей системы энергоснабжения в целом по критерию обеспечения минимальных удельных капиталовложений и удельной себестоимости электроэнергии.

 

Рассматривались варианты солнечных батарей с ФЭП на основе аморфного кремния (αSi) с установочной мощностью 5 и 10 МВт, обеспечивающие выработку электроэнергии с напряжением на выходе 110 В. При удельной мощности солнечных батарей 100 Вт/м2 в конце двадцатилетнего срока эксплуатации для мощности 5 МВт площадь батарей должна составлять 50х103м2 (2 панели с габаритами 160×160 м). Увеличение установочной мощности с 5 до 15 МВт при неизменной площади предполагается за счет повышения КПД ФЭП с 10% до 30% и, соответственно, удельной мощности до 300 Вт/м2. При удельной массе солнечных батарей 0,67-2 кг/кВт (в зависимости от КПД) и удельной поверхности 0,2 кг/м2 масса солнечных батарей для мощности 5-15 МВт составит 10т.

 

071215 1435 2 Космические солнечные электростанции на базе СВЧ канала передачи энергии. Продолжение 1

Для преобразования напряжения солнечных батарей с 110 В до 20 кВ и для преобразования электроэнергии в СВЧ-излучение КСЭС должны иметь преобразователь напряжения постоянного тока и преобразователь электроэнергии в СВЧ-излучение с КПД 0,97 и 0,8, соответственно, и удельными массами 1 кг/кВт и 0,2-0,5 кг/кВт соответственно (в сумме 1,2-1,5 кг/кВт). Масса преобразователей мощности на КСЭС мощностью 5-15 МВт и принятых удельных характеристик составит 7,5-18 т соответственно.

 

Для передачи энергии на Землю посредством СВЧ-излучения в состав КСЭС входит антенна с длиной волны λ порядка 3 см, которая обеспечивает прохождение луча через атмосферу с наименьшими потерями (КПД тракта передачи энергии — 0,9). Диаметр антенны Dант связан с длиной волны λ и углом расходимости луча δ зависимостью:

Dант =Kантxλ/δ

 

При удельной массе антенны 0,25 кг/м2 (0,67-2 кг/кВт в зависимости от установочной мощности КСЭС) масса антенны 10т. Для крепления блоков, составляющих КСЭС, используется несущая ферма с удельной массой 0,33-0,6 кг/кВт.

 

071215 1435 3 Космические солнечные электростанции на базе СВЧ канала передачи энергии. Продолжение 1

Схема развертывания и обслуживания системы энергоснабжения Земли из космоса предполагает выведение КСЭС или составляющих ее блоков многоразовыми, либо частично многоразовыми PH на опорную орбиту с последующим довыведением их посредством межорбитальных буксиров с ЭРДУ на аргоне на орбиту сборки и обслуживания высотой порядка 450 км. Буксир может быть использован также для транспортировки КСЭС обратно на орбиту обслуживания для ремонта и восстановления в случае аварийной ситуации. Доставка КСЭС мощностью 5-15 МВт и массой 40-55 т на рабочую орбиту высотой 1700 км потребует затрат характеристической скорости на уровне -1250 м/с и использования ЭРДУ электрической мощностью 1,5 МВт с удельным импульсом -7000 с и запасом рабочего тела ~1т.

 

Суммарная масса КСЭС установочной мощностью солнечных батарей 5-15 МВт с учетом ЭРДУ с рабочим телом и запаса на неучтенные составляющие (10-15% от массы КСЭС в целом) может составить 55-60 т.

 

071215 1435 4 Космические солнечные электростанции на базе СВЧ канала передачи энергии. Продолжение 1

Наземный сегмент системы энергоснабжения Земли из космоса включает пункты приема энергии с КСЭС, в состав которых входят антенны
приема (ректенны), системы обратного преобразования СВЧ-излучения в электроэнергию и трансформаторы, обеспечивающие необходимое для потребителей напряжение. КПД ректенны (при параметре распределения плотности мощности по апертуре равном 1,5) равен 0,88, а суммарный КПД преобразователей принят равным 0,83.


Найти на unnatural: Космические солнечные электростанции на базе СВЧ-канала передачи энергии Продолжение
Автор: admin | 12 Июль 2015 | 162 просмотров

Новые статьи:

Оставить комментарий:

Все размещенные на сайте материалы без указания первоисточника являются авторскими. Любая перепечатка информации с данного сайта должна сопровождаться ссылкой, ведущей на www.unnatural.ru.
Rambler's Top100