Реферат: Солнечная энергетика
Для выведения
с Земли на низкую опорную орбиту только одной космической солнечной
электростанции потребуется не менее 200 пусков грузовых сверхмощных
ракет-носителей, грузоподъемность которых составляет не менее 200 т. При
развертывании и эксплуатации космической солнечной электростанции потребуются
дополнительные орбитальные комплексы — грузовые и пассажирские корабли-буксиры,
сборочно-монтажные и ремонтно-эксплуатационные станции, наземный центр
управления системой.
Создание
энергосистемы нового типа потребует больших расходов. Только разработка
космической солнечной электростанции, включая НИОКР и создание первого
полномасштабного образца электростанции, требует 100 млрд. долл. В эту сумму
входят расходы на создание сверхмощных грузовых ракет-носителей, межорбитальных
буксиров, сборочно-монтажных и ремонтно-эксплуатационных станций. Развертывание
системы из 60 космических солнечных электростанций с соответствующими наземными
приемными устройствами потребует дополнительно 1 трлн. (1012) долл.
При ресурсе
работы каждой электростанции 30 лет, темпах ввода в эксплуатацию 2 шт/год и
эксплуатационных расходах около 500 млн. долл/год на каждую электростанцию
затраты на 1 кВт установленной мощности составят 4—5 тыс. долл., а коммерческая
цена вырабатываемой электроэнергии 8—10 цент/кВт-ч.
Следует
отметить, что возмещение затрат на разработку системы (1011 долл.)
предполагается осуществлять только через 20—30 лет после начала работ. Это
означает удвоение расходов из-за необходимости оплаты процентов на ссуду.
Возможность выделения таких средств встретит большие трудности. Напомним
читателю, что разработка технических средств по программе «Аполлон» потребовала
25 млрд. долл., а эксплуатация системы началась через 8 лет после начала работ.
Изыскание этих средств в 60-е годы встретило значительные трудности, которые
были преодолены политическим руководством США на волне антикоммунистической
кампании под лозунгом противостояния мнимому господству СССР в космосе.
Если учесть,
что установленная мощность одного кВт действующих наземных солнечных
электростанций составляет не более 1000 долл., а цена производимой ими энергии
4—6 цент/кВт·ч, то может быть сделан основополагающий вывод о
нецелесообразности создания космических солнечных электростанций на базе
существующей и разрабатываемой техники.
В целом по
результатам выполненных научно-исследовательских и проектно-поисковых работ
могут быть сделаны следующие основные выводы:
Ø
Создание системы
космических солнечных электростанций, предназначенных для энергоснабжения
наземных потребителей из космоса, представляет собой реальную, технически
выполнимую задачу. Однако проблемы, которые предстоит при этом разрешить,
серьезны и многочисленны.
Ø
К середине XXI
века с помощью космических солнечных электростанций могут быть обеспечены 10—
20% потребностей в электроэнергии для промышленно развитых стран мира, а
космическая энергосистема сможет стать одним из основных источников
электроэнергии для человечества. Развертывание в космосе системы солнечных
электростанций позволит создать базу для индустриализации космоса и разработки
внеземных ресурсов, расширит возможности колонизации космоса.
Ø
Для реализации
рассмотренных проектов крупномасштабных космических солнечных электростанций
потребуются грандиозные капиталовложения, возмещение которых начнется только
через 20—30 лет после начала работ. Это вызовет беспрецедентное напряжение
экономики страны — разработчика системы.
Ø
Существующие
неопределенности в прогностической оценке проектных характеристик космической
энергосистемы и сопутствующих комплексов (прежде всего грузовых ракет-носителей)
не позволяют с достаточной достоверностью определить технико-экономические
показатели и эффективность системы. Задаваясь оптимистическими значениями
удельных параметров космической электростанции, наземной приемной станции и
сопутствующих комплексов, можно получить нижнюю оценку стоимости вырабатываемой
электроэнергии порядка 10 цент/кВт·ч, что не позволяет обеспечить конкуренцию с
традиционными энергосистемами.
Ø
На текущем этапе
работ недопустимо мало известно об экологических аспектах программы и возможных
последствиях воздействия СВЧ-излучения и пусков многочисленных ракет-носителей
на здоровье людей, животный и растительный мир Земли, климат.
Ø
Придание
программе создания космических солнечных электростанций международного
характера позволит построить более эффективную систему за счет реализации
оптимальных технических решений, распределить риск, улучшить перспективы сбыта,
устранить возможность экономического господства страны-разработчика.
Ø
Предложенные в
70—80-х годах варианты экспериментальных, демонстрационных и маломасштабных
космических солнечных электростанций основываются на традиционных
проектно-конструктивных принципах и отличаются низкой эффективностью и
существенной неэкономичностью. Маломасштабные образцы космических солнечных электростанций
не позволяют обеспечить финансирование последующих этапов работ.
Ø
Выделение
сколько-нибудь значительных финансовых ресурсов на программу космических
солнечных электростанций, даже если это будет происходить в рамках
международной программы, представляется в ближайшей перспективе маловероятным.
Известны две
альтернативные точки зрения на ход дальнейших работ по космическим солнечным
электростанциям. В соответствии с первой предлагается полностью прекратить
разработки по космической энергетике для наземных нужд. Согласно второй —
широко развернуть научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы с
целью создания полноразмерных эксплуатационных образцов электростанций.
Негативный
взгляд на перспективу использования космических электростанций обосновывается
дороговизной проекта, экологической неопределенностью, отсутствием эффективных,
легких и дешевых преобразователей солнечной энергии в электрическую, несоответствием
возможностей ракетно-космической техники выдвигаемым требованиям. Академик Ж.
И. Алферов вместе с энергетиками и экономистами считает, что фактически
космический вариант гелиоэнергетики давно «похоронила экономика. Идея...
совершенно нереальная».
По мнению
другой группы ученых, в их числе доктора физико-математических наук В. А.
Ванке, Л. В. Лесков и другие, прекращение работ по космическим солнечным
электростанциям было бы большой ошибкой. Все трудности, стоящие на пути
практической реализации проекта, могут быть успешно преодолены. К моменту
создания первых эксплуатационных образцов электростанций, а это 20-е годы XXI
века, стоимость электроэнергии, вырабатываемой на Земле, может возрасти до
значений 20—25 центов/кВт-ч, в связи с чем космические электростанции будут
успешно конкурировать с наземными источниками энергии.
Полемика
между сторонниками и противниками космической гелиоэнергетики ведется на
конференциях и симпозиумах, на страницах специальных и популярных журналов.
Фактически решается судьба целого направления в энергетике; ошибка в выборе
пути развития солнечной энергетики может привести к многомиллиардным потерям,
отразиться на судьбах грядущих поколений.
Разрешить
спор непросто. По технико-экономическим показателям космическая гелиоэнергетика
существенно уступает традиционным источникам энергии. Но быстро развивается
наука, совершенствуется техника. То, что сегодня в производстве сложно и
дорого, завтра может стать простым и дешевым.
Требуется
объективно разобраться в этом сложном вопросе, в котором заинтересованные
стороны занимают крайние позиции.
Первая,
«нигилистическая», позиция при всей очевидной целесообразности экономики
финансовых и материальных ресурсов может привести к застою в технике, так как
исключает возможность технологического прорыва, предусматривающего организацию
планомерного научно-технического поиска на стыках наук и соответствующее
финансирование исследований. Вторая, «экстремистская», позиция предполагает
создание космических электростанций небывалых габаритов и масс. Ошибочность
такого подхода может быть продемонстрирована на историческом примере.
Предположим, что планом ГОЭЛРО предусматривалось бы создание сети
электростанций типа Красноярской ГЭС с уровнем вырабатываемой мощности 5 млн.
кВт без разработки и многолетней эксплуатации Каширской, Волховской,
Днепровской и др. электростанций малой и средней мощности. Очевидно, что такой
план был бы обречен на неудачу. Существуют определенные закономерности при
создании сложных технических систем, последовательность выполнения отдельных
этапов: проведение НИОКР и экспериментов, разработка эксплуатационных
прототипов малой размерности, накопление опыта, возмещение затрат на разработку
и только после этого переход к созданию крупномасштабных изделий повышенной
рентабельности.
Сторонники
«экстремистских» взглядов не учитывают этих строгих закономерностей, они
исключают из программы работ целые этапы. Предлагается иной подход к
организации работ по космической гелиоэнергетике. В основу подхода положен
принцип поэтапного наращивания мощностей космических солнечных электростанций с
одновременным обеспечением рентабельности системы. На повестку дня встает
задача разработки мало-, средне- и крупномасштабных образцов космической
солнечной электростанции с уровнем вырабатываемой мощности 100 кВт, 1 МВт, 10
МВт, 100 МВт и 1000 МВт. Только после освоения малого уровня полезной мощности,
получения необходимого опыта и возмещения произведенных затрат можно будет
переходить к последующему этапу.
Принципиальных
трудностей создания космических энергоустановок предложенного ряда нет.
Сотрудниками НПО «Энергия» в настоящее время разрабатывается универсальная
космическая платформа (УКП) с солнечной энергоустановкой, снабженная
необходимыми для длительной работы в космосе служебными системами. На УКП может
размещаться разнообразная целевая аппаратура, в том числе аппаратура,
осуществляющая формирование и излучение СВЧ-пучка в направлении наземной
приемной станции. В печати сообщалось, что сверхмощная ракета-носитель
«Энергия» выводит на геостационарную орбиту полезный груз массой 18 т. Такая
платформа может стать основой для построения малоразмерной космической
солнечной электростанции полезной мощностью около 100 кВт. Проблема заключается
в создании высокоэффективной системы передачи-приема энергии с приемлемыми
апертурами излучающей и принимающей антенн, а также в обеспечении
рентабельности энергоснабжения наземных потребителей из космоса.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 |
