Космическое безумие - 2
В продолжение поста о космическом безумии.
Одним из обоснований космической экспансии, снижения стоимости запуска грузов в космос, строительства многоразовых ракет-носителей и тому подобного является идея космической солнечной электростанции. Суть проста: в космосе за пределами земной атмосферы размещаются большие площади солнечных батарей, и по беспроводной передаче на основе лазеров или микроволновых излучателей передают электричество приёмникам на Земле. Поскольку солнечный свет не блокируется атмосферой, а сами солнечные батареи могут освещаться Солнцем постоянно, вне зависимости от времени суток и погодных условий, они работают в разы эффективнее, чем размещённые на Земле, даже несмотря на то, что при беспроводной передаче сквозь атмосферу теряется примерно половина сгенерированной мощности. Кроме того, за пределами земной атмосферы можно, гипотетически, разместить больше солнечных батарей, чем поместилось бы на поверхности Земли, площадь которой конечна. Предельный случай - сфера Дайсона и её модификации, которые перехватывают все 100% света Солнца.
Однако у людей уже есть огромный солнечный коллектор, который находится в космосе на орбите Солнца и принимает в год в 10000 раз больше энергии, чем за то же время тратит человечество. Это сама Земля. Чтобы снимать с этого коллектора энергию круглосуточно, уже давно придуманы сравнительно простые и долговечные устройства, которые не требуют ни космического хайтека, ни снижения цены запуска килограмма на орбиту на порядок, ни массовых запусков ракет.
Сравним между собой цену строительства гидроэлектростанций (как мощнейших на сегодня возобновляемых источников энергии), "solar updraft tower" и космических солнечных электростанций.
Для начала - список из десяти городов с самой большой занимаемой площадью на поверхности Земли. Их площади, в квадратных километрах:
Ухань (Китай) - 8494
Киншаса (Конго) - 9965
Мельбурн (Автралия) - 9990
Тяньцзинь (Китай) - 11760
Сидней (Австралия) - 12144
Чэнду (Китай) - 12390
Брисбен (Австралия) - 15826
Пекин (Китай) - 16801
Ханчжоу (Китай) - 16840
Чунцин (Китай) - 82400
Столь огромные по площади структуры уже по силам строить человеку, и таковы по площади крупнейшие города. Заметим, что 60% городов из этого списка расположены в Китае, и 30% - в Австралии.
Мощнейшая на сегодня гидроэлектростанция - китайская Три Ущелья. Её мощность 22.5 гигаватт. Площадь водохранилища 1045 квадратных километров, что составляет примерно 1/16 площади, занятой Пекином. Стоимость строительства 30.5 миллиардов долларов.
Самая мощная из спроектированных SUT под названием "Green Tower" была предложена в 2007 году для Намибии группой инженеров из Германии и ЮАР. Электростанция представляет собой вытяжную трубу высотой 1.5 километра и диаметром 280 метров, окружённую парником диаметром 7 километров (площадь 38.5 квадратных километров). У основания трубы смонтировано 32 ветряные турбины, совокупная мощность 400 мегаватт. Стоимость сооружения такой SUT - приблизительно 600 миллионов евро, или 682 миллиона долларов по нынешнему курсу, включая строительство производств для ветротурбин, самой трубы и элементов прозрачной крыши парника. Таким образом, для получения мощности в 22.5 гигаватт, как у ГЭС "Три ущелья", нужны 57 таких установок, с общей площадью парников 2194 квадратных километра, что в два раза больше площади водохранилища китайской ГЭС, но в 7.7 раз меньше площади, занимаемой Пекином. Общая стоимость - 38.9 миллиарда долларов, против 30.5 миллиардов ГЭС. Однако эта оценка стоимости основывается на оценке для одной уникальной SUT. При строительстве 57 штук стоимость каждой снизится, за счёт удешевления стоимости единицы при серийном производстве, и в итоге общая стоимость может упасть до тех же 30.5 миллиардов или ниже. Стоимость киловатт-часа составит порядка 1 цента США, а срок службы электростанции оценивается в 160 лет.
Во сколько же обойдётся сооружение космической электростанции на 22.5 гигаватт? Судя по оценке, данной в 2014 году профессором Сусуми Сасаки на международном симпозиуме по космической солнечной энергетике SPS 2014, если стоимость запуска одного килограмма снизится до 1000 долларов США (цель пресловутой SpaceX, их РН "Falcon Heavy" выводит килограмм за 1500 долларов), то всего лишь для выведения на орбиту электростанции на 22.5 гигаватта понадобится порядка 225 миллиардов долларов, не считая стоимости собственно конструкций и строительства приёмника микроволнового излучения поперечником в несколько километров. Стоимость киловатт-часа оценивается в 18 центов. Получается, что даже если стоимость запуска одного килограмма удастся снизить ещё в десять раз, до 100 долларов за килограмм, или же облегчить конструкцию станции в десять раз при той же мощности, то и в этом случае одно только выведение на орбиту обойдётся в 22.5 миллиарда долларов, а цена киловатт-часа составит порядка 1.8-3 цента.
При этом оценки приведены для простой SUT, на сухом горячем воздухе, без многочисленных усовершенствований, которые можно применить как для увеличения эффективности, так и для снижения стоимости. И эти технологии уже есть сегодня, или сравнительно легко создаются. Город, который снабжается "лесом" из десятков SUN, сам может быть расположен на том же месте. Или, точнее, башни могут быть встроены прямо в многоэтажные жилые дома, а под парниками можно разместить малоэтажное жильё, зелёные зоны, водоёмы и сельское хозяйство. Уже одно это даст экономию на том, что не надо по отдельности возводить город и электростанцию и тянуть между ними линии электропередач.
Таким образом, люди могут строить космические солнечные электростанции большой мощности уже сегодня, для этого не требуется совершать революцию в ракетостроении, эффективности солнечных батарей или беспроводной передаче электроэнергии. Но мы не видим, чтобы массово строились леса из десятков больших SUT. Зато видим пропаганду космических энтузиастов - мол, вот сейчас усовершенствуем ракеты, и только тогда построим гектары солнечных батарей на орбите.
Если бы японцы, китайцы и прочие, заявляющие о том, что скоро построят солнечные космические электростанции, в самом деле хотели их строить, они бы уже строили усовершенствованные SUT. Но они этого не делают, и значит эти громкие заявы либо нужны им для чего-то другого, либо они не дружат с головой.
Одним из обоснований космической экспансии, снижения стоимости запуска грузов в космос, строительства многоразовых ракет-носителей и тому подобного является идея космической солнечной электростанции. Суть проста: в космосе за пределами земной атмосферы размещаются большие площади солнечных батарей, и по беспроводной передаче на основе лазеров или микроволновых излучателей передают электричество приёмникам на Земле. Поскольку солнечный свет не блокируется атмосферой, а сами солнечные батареи могут освещаться Солнцем постоянно, вне зависимости от времени суток и погодных условий, они работают в разы эффективнее, чем размещённые на Земле, даже несмотря на то, что при беспроводной передаче сквозь атмосферу теряется примерно половина сгенерированной мощности. Кроме того, за пределами земной атмосферы можно, гипотетически, разместить больше солнечных батарей, чем поместилось бы на поверхности Земли, площадь которой конечна. Предельный случай - сфера Дайсона и её модификации, которые перехватывают все 100% света Солнца.
Однако у людей уже есть огромный солнечный коллектор, который находится в космосе на орбите Солнца и принимает в год в 10000 раз больше энергии, чем за то же время тратит человечество. Это сама Земля. Чтобы снимать с этого коллектора энергию круглосуточно, уже давно придуманы сравнительно простые и долговечные устройства, которые не требуют ни космического хайтека, ни снижения цены запуска килограмма на орбиту на порядок, ни массовых запусков ракет.
Сравним между собой цену строительства гидроэлектростанций (как мощнейших на сегодня возобновляемых источников энергии), "solar updraft tower" и космических солнечных электростанций.
Для начала - список из десяти городов с самой большой занимаемой площадью на поверхности Земли. Их площади, в квадратных километрах:
Ухань (Китай) - 8494
Киншаса (Конго) - 9965
Мельбурн (Автралия) - 9990
Тяньцзинь (Китай) - 11760
Сидней (Австралия) - 12144
Чэнду (Китай) - 12390
Брисбен (Австралия) - 15826
Пекин (Китай) - 16801
Ханчжоу (Китай) - 16840
Чунцин (Китай) - 82400
Столь огромные по площади структуры уже по силам строить человеку, и таковы по площади крупнейшие города. Заметим, что 60% городов из этого списка расположены в Китае, и 30% - в Австралии.
Мощнейшая на сегодня гидроэлектростанция - китайская Три Ущелья. Её мощность 22.5 гигаватт. Площадь водохранилища 1045 квадратных километров, что составляет примерно 1/16 площади, занятой Пекином. Стоимость строительства 30.5 миллиардов долларов.
Самая мощная из спроектированных SUT под названием "Green Tower" была предложена в 2007 году для Намибии группой инженеров из Германии и ЮАР. Электростанция представляет собой вытяжную трубу высотой 1.5 километра и диаметром 280 метров, окружённую парником диаметром 7 километров (площадь 38.5 квадратных километров). У основания трубы смонтировано 32 ветряные турбины, совокупная мощность 400 мегаватт. Стоимость сооружения такой SUT - приблизительно 600 миллионов евро, или 682 миллиона долларов по нынешнему курсу, включая строительство производств для ветротурбин, самой трубы и элементов прозрачной крыши парника. Таким образом, для получения мощности в 22.5 гигаватт, как у ГЭС "Три ущелья", нужны 57 таких установок, с общей площадью парников 2194 квадратных километра, что в два раза больше площади водохранилища китайской ГЭС, но в 7.7 раз меньше площади, занимаемой Пекином. Общая стоимость - 38.9 миллиарда долларов, против 30.5 миллиардов ГЭС. Однако эта оценка стоимости основывается на оценке для одной уникальной SUT. При строительстве 57 штук стоимость каждой снизится, за счёт удешевления стоимости единицы при серийном производстве, и в итоге общая стоимость может упасть до тех же 30.5 миллиардов или ниже. Стоимость киловатт-часа составит порядка 1 цента США, а срок службы электростанции оценивается в 160 лет.
Во сколько же обойдётся сооружение космической электростанции на 22.5 гигаватт? Судя по оценке, данной в 2014 году профессором Сусуми Сасаки на международном симпозиуме по космической солнечной энергетике SPS 2014, если стоимость запуска одного килограмма снизится до 1000 долларов США (цель пресловутой SpaceX, их РН "Falcon Heavy" выводит килограмм за 1500 долларов), то всего лишь для выведения на орбиту электростанции на 22.5 гигаватта понадобится порядка 225 миллиардов долларов, не считая стоимости собственно конструкций и строительства приёмника микроволнового излучения поперечником в несколько километров. Стоимость киловатт-часа оценивается в 18 центов. Получается, что даже если стоимость запуска одного килограмма удастся снизить ещё в десять раз, до 100 долларов за килограмм, или же облегчить конструкцию станции в десять раз при той же мощности, то и в этом случае одно только выведение на орбиту обойдётся в 22.5 миллиарда долларов, а цена киловатт-часа составит порядка 1.8-3 цента.
При этом оценки приведены для простой SUT, на сухом горячем воздухе, без многочисленных усовершенствований, которые можно применить как для увеличения эффективности, так и для снижения стоимости. И эти технологии уже есть сегодня, или сравнительно легко создаются. Город, который снабжается "лесом" из десятков SUN, сам может быть расположен на том же месте. Или, точнее, башни могут быть встроены прямо в многоэтажные жилые дома, а под парниками можно разместить малоэтажное жильё, зелёные зоны, водоёмы и сельское хозяйство. Уже одно это даст экономию на том, что не надо по отдельности возводить город и электростанцию и тянуть между ними линии электропередач.
Таким образом, люди могут строить космические солнечные электростанции большой мощности уже сегодня, для этого не требуется совершать революцию в ракетостроении, эффективности солнечных батарей или беспроводной передаче электроэнергии. Но мы не видим, чтобы массово строились леса из десятков больших SUT. Зато видим пропаганду космических энтузиастов - мол, вот сейчас усовершенствуем ракеты, и только тогда построим гектары солнечных батарей на орбите.
Если бы японцы, китайцы и прочие, заявляющие о том, что скоро построят солнечные космические электростанции, в самом деле хотели их строить, они бы уже строили усовершенствованные SUT. Но они этого не делают, и значит эти громкие заявы либо нужны им для чего-то другого, либо они не дружат с головой.