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 научное прогнозирование"
2017 г.

Первоначальный проект орбитальной транспортно-заправочной станции (ОТЗС) был представлен в докладе Г.А. Щеглова и Н.Е. Третьякова на Королёвских чтениях 2011 г. Но в дальнейшем в нём были обнаружены грубые ошибки, из-за которых ОТЗС за 40 мин. её движения по освещаемому участку орбиты не смогла бы накопить необходимого количества тепла и пара для работы в теневом участке орбиты (практически той же протяжённости).

Для увеличения эффективности накопления и сохранения тепла вместо аккумулятора тепла (АТ) в виде одного большого бака с проточной водой, не содержащего к.-л. специальных устройств, предлагаются два одинаковых последовательно соединённых бака меньших размеров с непроточной водой, через которые по периферийной системе труб (расположенных внутри каждого бака вблизи его цилиндрической оболочки) 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, обладающих большой поверхностью, что способствует его высокой интенсивности. Два бака повышают живучесть системы и позволяют эффективнее использовать тепло от нагревателя: пар с температурой порядка 500 гр. С поступает сначала в дальний (от конденсатора) АТ, там отдаёт часть запасённого тепла, затем направляется в ближний (к конденсатору) АТ, где отдаёт оставшееся избыточное тепло и возвращается в нагреватель. Т. о. можно добиться, что за 40 мин. «светлого участка орбиты» вода в дальнем баке будет нагреваться до 100 гр. С, а в ближнем - до 50 гр. С. Этим достигается также температурная развязка с конденсатором: меньше температурный перепад на концах участка трубы между конденсатором и АТ. Нагреватели - 4 параболоцилиндрических концентратора, расположенных на специальных фермах ОТЗС в промежутках между сборками энергоблоков ТСЭС (фиксированно, всегда коллекторами к Солнцу благодаря постоянной ориентации ОТЗС кормой на Солнце с помощью гиродинов) и отличающихся от концентраторов сборок тем, что их коллекторы содержат не по 3, а по 4 трубы - по 2 на каждую сборку: 2 трубы питают 2 энергоблока, расположенных в каждой сборке около одного конца концентратора, и 2 - около другого, а т. к. в каждой сборке - по 4 энергоблока, такая схема охватывает все энергоблоки ТСЭС.

Аккумулятор пара (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 атм), что позволит сохранить входное рабочее давление на турбине 1-го энергоагрегата (и тем самым - предлагаемый рабочий режим всех энергоагрегатов энергоблока), или же оставить его прежним (40 атм), снизив при этом рабочее давление в турбине 1-го энергоагрегата до 20 атм, что вполне допустимо, т. к. уже несколько лет на нескольких ТЭС в нашей стране работают та-кие винтовые турбины мощностью в 1000 кВт при входном давлении в 14 атм, т. е. – гораздо меньшем.

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 - и до 42%!), а мощность ТСЭС (суммарная мощность всех её 16 энергоблоков) возрастёт до 2800-3000 кВт.