МОДЕРНИЗАЦИЯ ТУРБОГЕНЕРАТОРНОЙ СОЛНЕЧНОЙ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ БОЛЬШОЙ МОЩНОСТИ ДЛЯ ОРБИТАЛЬНОЙ ТРАНСПОРТНО-ЗАПРАВОЧНОЙ СТАНЦИИ

© Н.Е.Третьяков
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и проблемы космического производства"
2014 г.

В докладе анализируются ошибки в первоначальном проекте турбогенераторной солнечной электростанции (ТСЭС) большой мощности (более 2000 кВт) для орбитальной транспортно-заправочной станции (ОТЗС) (см. доклад Г. А. Щеглова и Н. Е. Третьякова на XXXV Академических чтениях по космонавтике, 2011 г.), а именно:

– в качестве аккумулятора тепла (АТ) используется обычный бак, через который просто протекает конденсат из конденсатора, в результате чего происходит не только теплообмен, но и массообмен, что значительно снижает возможности накопления тепла АТ, делая его весьма неэффективным накопителем тепла;

– температура приёмника тепла не может быть выше температуры теплоносителя, поставляющего ему тепло, в данном случае воды из конденсатора с температурой всего лишь +26,80 С, т. е. ниже температуры человеческого тела, а т. к. другого источника тепла у этого бака нет, его температура будет мало отличаться от температуры поступающей в него воды из конденсатора, т. е. будет практически равна +26,80 С, и данный бак не сможет выполнять функции АТ;

– в каждом из последовательно включённых энергоагрегатов имеется аккумулятор пара (АП), конструкция которого не определена и не определён способ его подключения к энергоагрегату (последовательно или параллельно), а также способ накопления и расходования пара, т. е. энергоблок практически не имеет устройств, запасающих пар для работы в теневом участке траектории ОТЗС.

Вместо вышеописанного АТ предлагаются два одинаковых последовательно соединённых бака меньших размеров (диаметр и длина каждого — 2 м) с непроточной водой, через которые по периферийной системе труб (расположенных вблизи цилиндрической оболочки бака) через каждый бак протекает конденсат, а по центральной системе труб (расположенных в приосевой части бака) протекает вода из нагревателя. Оба теплоносителя не соприкасаются непосредственно друг с другом и с водой бака, а теплообмен происходит через стенки многочисленных труб, имеющих большие поверхности, что способствует его высокой интенсивности. Два бака повышают живучесть системы и позволяют эффективнее использовать тепло от нагревателя: пар с температурой порядка 5000 С поступает сначала в дальний (от конденсатора) АТ, отдаёт там часть запасённого тепла, затем направляется в ближний (к конденсатору) АТ, там отдаёт оставшееся избыточное тепло и возвращается в нагреватель. Таким образом можно добиться, что за 40 мин. «светлого участка орбиты» вода в дальнем баке будет нагреваться до 1000 С, а в ближнем — до 500 С. Этим достигается также меньший температурный перепад на концах участка трубы между конденсатором и АТ. Нагревателями служат 4 параболо-циллиндрических концентратора, расположенных на специальных фермах в промежутках между сборками энергоблоков ТСЭС (фиксированно, коллекторами к Солнцу) и отличающихся от концентраторов сборок тем, что их коллекторы содержат не 3, а 4 трубы — по 2 на каждую сборку: 2 трубы обслуживают 2 энергоблока, расположенных в сборке вблизи одного конца концентратора, и 2 — вблизи другого, а т. к. в каждой сборке по 4 энергоблока, такая схема охватывает все энергоблоки ТСЭС.

АП у энергоблока будет один — перед входом пара из 1-й трубы коллектора в 1-й энергоагрегат. Давление пара на его выходе равно рабочему давлению турбины 1-го энергоагрегата, а на входе — в 2 раза превышает выходное. У проектировщиков будет выбор: увеличить в 2 раза давление в 1-й трубе коллектора (до 80 ата), что позволит сохранить входное рабочее давление на турбине 1-го энергоагрегата (и тем самым — рабочий режим всех энергоагрегатов энергоблока) или оставить его прежним (40 ата), снизив при этом рабочее давление в турбине 1-го энергоагрегата до 20 ата, что вполне допустимо, т. к. уже несколько лет на нескольких ТЭС работают винтовые турбины мощностью в 1000 кВт с входным давлением в 14 ата.

Вышеперечисленные преобразования позволят энергоблоку за 40 мин. движения ОТЗС по освещаемому участку орбиты создать запас тепла и пара для его работы без поступления солнечного тепла в течение отрезка времени, превышающего длительность теневого участка орбиты (практически такой же протяжённости). Кроме того, электрический КПД энергоблока возрастёт до 38–40% (а, возможно, до 42%), а мощность ТСЭС (суммарная мощность всех её 16 энергоблоков) возрастёт до 2800–3000 кВт.