Диаметр ректенны в зависимости от высоты орбиты функционирования КСЭС определяется диаметром антенны и параметрами СВЧ-излучения: длиной волны, параметром распределения плотности мощности по апертуре, предельно допустимым углом поворота луча. При диаметре антенны ~200 м для высоты рабочей орбиты КСЭС ~1700 км диаметр ректенны составит ~500 м. В итоге при мощности солнечных батарей 5-15 МВт и полного КПД передачи энергии от солнечной батареи к ректенне ~50%, мощность на наземном приемном пункте электроэнергии будет 2,5-7,5 МВт. С увеличением высоты орбиты до 6500 км диаметр ректенны возрастает до 1900 м. В табл. ниже представлены параметры двух орбит функционирования и характеристики системы энергоснабжения с использованием этих орбит.
Таблица. Параметры орбит функционирования КСЭС
|
Тип орбит |
Круговая |
||
|
Высота орбит |
1700 км |
6500 км |
|
|
Период обращения |
2 час |
4 часа |
|
|
Наклонение |
90° 102,6° полярные |
102,6° солнечно-синхронные |
90° полярные |
|
Количество орбитальных плоскостей |
1 и 6 |
1 и 2 |
|
|
Количество КСЭС в плоскости |
12 |
3 |
|
|
Количество приемных пунктов |
68 |
6 |
|
Схема расположения ректенн и КСЭС при функционировании КСЭС на орбитах высотой 1700 км
В качестве экономических критериев рассматривались удельная себестоимость электроэнергии, уровень удельных капиталовложений в создание и обслуживание системы (удельная стоимость установленной мощности) и срок окупаемости системы в зависимости от стоимости банковского кредита и уровня инфляции доходов. В табл. ниже представлены характеристики системы энергоснабжения Земли из космоса для КСЭС мощностью 15 МВт, размещаемых на круговых орбитах высотой 1700 км в количестве 12, 36 и 72 штук, что соответствует одной, трем и шести орбитальным плоскостям (по 12 КСЭС в каждой плоскости). На Земле размещаются от 10 до 68 географически равномерно распределенных приемных пунктов (рис. выше) установленной мощностью 7,5 МВт. Ресурс системы 20 лет, масса одной КСЭС 55 т, стоимость 235 млн долл. Стоимость одного приемного пункта 14,3 млн долл.
Таблица. Экономические параметры системы энергоснабжения Земли из космоса для КСЭС с мощностью солнечных батарей 15 МВт
|
Количество КСЭС в системе |
12(1×12) |
36 (3×12) |
72 (6×12) |
||||||
|
Количество приемных пунктов |
10 |
30 |
68 |
10 |
30 |
68 |
10 |
30 |
68 |
|
Стоимость КСЭС, млрд долл. |
2,96 |
3,25 |
3,79 |
8,6 |
8,9 |
9,4 |
17,0 |
17,35 |
17,9 |
|
Принимаемая энергия за сутки, ГВтхчас |
0,3 |
0,9 |
2,04 |
0,8 |
2,4 |
5,44 |
1,34 |
4,02 |
9,18 |
|
Суммарная установленная мощность, МВт |
12,5 |
37,5 |
85 |
33,3 |
100 |
227 |
55,8 |
167,5 |
380 |
|
Себестоимость электроэнергии, Долл./(кВтхчас) |
1,35 |
0,5 |
0,25 |
1,47 |
0,5 |
0,24 |
1,74 |
0,59 |
0,27 |
|
Удельная стоимость установленной мощности, тыс. долл ./кВт |
237 |
86,6 |
44,6 |
258 |
88,9 |
41,6 |
306 |
103,6 |
47 |
Уровень располагаемой мощности КСЭС и системы энергоснабжения в целом, ее орбитальное построение, а также КПД канала беспроводной передачи электроэнергии определяют уровень суммарного электроснабжения потребителей от 0,3 до 9,2 ГВтхчас в сутки. Для принятых удельных энергомассовых характеристик удельная себестоимость электроэнергии при сроке эксплуатации КСЭС 20 лет находится в диапазоне 0,25-3,5 долл./кВтХчас. Увеличение срока активного существования КСЭС до 30 лет снижает удельную себестоимость электроэнергии в 1,5 раза.
Представленные в табл. выше значения удельной себестоимости электроэнергии не включают оплату банковского кредита и инфляцию финансовых вложений. В обеспечение окупаемости капиталовложений в течение срока эксплуатации КСЭС 20 лет, при стоимости банковского кредита 15% годовых и инфляции на уровне ~2 % в год, цена электроэнергии превысит минимальную удельную себестоимость (0,25 долл./кВтхчас) примерно в 3,6 раза и составит ~0,9 долл./кВтхчас.