找到了篇我2018年7月写的文字,内容基本不动了,文字略有微调。
太空同样面积的太阳能,单日是地面的5倍以上,全年考虑季节和云遮挡等则是10倍。太空微波输电效率,理论能到76%,实际用的时候预计能到50%。而没有补贴的地面太阳能发电成本,是电厂出厂电价的3倍。也就是说,如果把你家的太阳能电板拿到太空,立马就能不要政策补贴商业上赚钱,前提是送上太空不要钱,微波输电不要钱。
太阳能电板的效率还有可能提高,但不管怎样,都是太空中的电板效率更高,因为太空中太阳光谱稳定,可以更针对性设计。要削减太阳能发电成本和重量的办法还有就是聚光发电,在地面上要搭架子要抗风要地面都是成本,在太空又真空又零重力又没人跟你要土地使用费,张面铝箔反射就完成了。聚光估计起码能聚4倍的太阳光。
下面我们来算算经济账。目前地面用太阳能电池板最轻大概能做到1平方1公斤,未来太空应该能做到0.2kg/m2。1平方地球附近的太阳能是1368瓦/米2,假定太阳能发电效率取个低值20%,就是273.6瓦/米2,全年发电量大约是2400度。假定输电效率50%,则全年产电1200度。假定投资者比较性急,希望5年就收回成本,则1平方米太阳能发电面积5年的产出是6000度电,按出厂电价0.3元/度估算,是1800元。也就是每平方米太阳能发电面积的造价和发射成本低于1800元就能赚钱。
目前地面太阳能光伏发电造价大概6~10元/瓦,这里面电池大概只占一半,也就是3~5元/瓦。太空电站是大批量的,又电池用料少,只会便宜不会更贵,假定3元/瓦,则太空的太阳能电池造价是每平方820元。如果用聚光,每平方米太阳能发电面积造价再降低一倍应该也没问题,但我们先不这么算。我们先算剩下的,只要微波的造价加太阳能和微波的发射成本低于1000元就可以赚钱了。
太空微波输电的成本和重量我没研究过,但和太阳能发电部分比应该是小头。造价姑且假定是太阳能部分的一半,则是每平方400元,还剩600元给发射,假定太空微波部分的重量也是太阳能发电部分的一半,则每平方米太阳能发电面积的总重量是0.3kg/m2,也就是说0.3kg能用用600元给发射上去就行了,每公斤2000元。这个离现在每公斤几千美元的发射成本差距确实有点大,但是是在BFR成本可以达到的范围。
上面的算法都非常保守,实际上太空电站发电效率起码可以做到30%,甚至40%也有可能,其实不限于太阳能电池,斯特林发电机等热机也是可能的。而资本回收起码10年吧,5年性急了点。这样对发射成本的要求又会降很多倍。其实真正合理的算法是按每W的太空发电重量、微波输电重量、太空发电成本、微波输电成本,微波输电总效率来算才比较合理,上面只是非常粗糙的估算,我就不细琢磨了。
除了成本的因素,建设太空电站还有个困难,在于让决策者相信微波输电的可行性。决策者其实只相信眼见为实,太阳能发电你不需要说服他们,已经遍地开花了,但是微波输电,因为地球同步轨道太高,要千米级尺寸的天线才行,你弄个小天线,根本就没法展示出效率来,弄个大天线,又一下子投资太高。也许为了纯演示用途,发个低轨卫星,300来公里,只要同步轨道百分之一的天线尺寸,20来米,虽然一次发电就几分钟,但演示效率足够了,这样比较有前途。还有一种办法,就是在地球同步轨道弄几颗发电卫星用绳索连在一起展开几千米距离,通过相控阵合成孔径的办法向地面输电展示,不过这种办法如果地面站不修大,也不可能展示出高的实际效率,只能展示理论效率。
另外等建设太空电站时,航天其实只需要发低轨就行了,利用太阳能电池自己用电离子火箭推到同步轨道,或者同步轨道附近的摇摆轨道。
地面光伏发电目前受限于储能,虽然大量发展,考虑夜间需要不能明显减少电厂的发电容量,这是根本的问题。好比德国在某个夏天的中午,全国的发电量一半来自光伏发电,那不意味着电厂的装机容量就可以只保留一半。更重要的是夜间发电你仍然需要依靠化学燃料。
假如储能技术有突破,每度储电一天的成本降低到电厂出厂价一半或三分之一,而未来光伏发电成本还有可能下降,最终供电全部转到太阳能发电,从人类未来的发展来看,建设太空电站的需求就不那么必要和迫切了。但是从技术和商业角度说,有没有可能太空发电成本打败地面发电,当然仍然完全可能,只要航天发射成本能降到足够低。
太空同样面积的太阳能,单日是地面的5倍以上,全年考虑季节和云遮挡等则是10倍。太空微波输电效率,理论能到76%,实际用的时候预计能到50%。而没有补贴的地面太阳能发电成本,是电厂出厂电价的3倍。也就是说,如果把你家的太阳能电板拿到太空,立马就能不要政策补贴商业上赚钱,前提是送上太空不要钱,微波输电不要钱。
太阳能电板的效率还有可能提高,但不管怎样,都是太空中的电板效率更高,因为太空中太阳光谱稳定,可以更针对性设计。要削减太阳能发电成本和重量的办法还有就是聚光发电,在地面上要搭架子要抗风要地面都是成本,在太空又真空又零重力又没人跟你要土地使用费,张面铝箔反射就完成了。聚光估计起码能聚4倍的太阳光。
下面我们来算算经济账。目前地面用太阳能电池板最轻大概能做到1平方1公斤,未来太空应该能做到0.2kg/m2。1平方地球附近的太阳能是1368瓦/米2,假定太阳能发电效率取个低值20%,就是273.6瓦/米2,全年发电量大约是2400度。假定输电效率50%,则全年产电1200度。假定投资者比较性急,希望5年就收回成本,则1平方米太阳能发电面积5年的产出是6000度电,按出厂电价0.3元/度估算,是1800元。也就是每平方米太阳能发电面积的造价和发射成本低于1800元就能赚钱。
目前地面太阳能光伏发电造价大概6~10元/瓦,这里面电池大概只占一半,也就是3~5元/瓦。太空电站是大批量的,又电池用料少,只会便宜不会更贵,假定3元/瓦,则太空的太阳能电池造价是每平方820元。如果用聚光,每平方米太阳能发电面积造价再降低一倍应该也没问题,但我们先不这么算。我们先算剩下的,只要微波的造价加太阳能和微波的发射成本低于1000元就可以赚钱了。
太空微波输电的成本和重量我没研究过,但和太阳能发电部分比应该是小头。造价姑且假定是太阳能部分的一半,则是每平方400元,还剩600元给发射,假定太空微波部分的重量也是太阳能发电部分的一半,则每平方米太阳能发电面积的总重量是0.3kg/m2,也就是说0.3kg能用用600元给发射上去就行了,每公斤2000元。这个离现在每公斤几千美元的发射成本差距确实有点大,但是是在BFR成本可以达到的范围。
上面的算法都非常保守,实际上太空电站发电效率起码可以做到30%,甚至40%也有可能,其实不限于太阳能电池,斯特林发电机等热机也是可能的。而资本回收起码10年吧,5年性急了点。这样对发射成本的要求又会降很多倍。其实真正合理的算法是按每W的太空发电重量、微波输电重量、太空发电成本、微波输电成本,微波输电总效率来算才比较合理,上面只是非常粗糙的估算,我就不细琢磨了。
除了成本的因素,建设太空电站还有个困难,在于让决策者相信微波输电的可行性。决策者其实只相信眼见为实,太阳能发电你不需要说服他们,已经遍地开花了,但是微波输电,因为地球同步轨道太高,要千米级尺寸的天线才行,你弄个小天线,根本就没法展示出效率来,弄个大天线,又一下子投资太高。也许为了纯演示用途,发个低轨卫星,300来公里,只要同步轨道百分之一的天线尺寸,20来米,虽然一次发电就几分钟,但演示效率足够了,这样比较有前途。还有一种办法,就是在地球同步轨道弄几颗发电卫星用绳索连在一起展开几千米距离,通过相控阵合成孔径的办法向地面输电展示,不过这种办法如果地面站不修大,也不可能展示出高的实际效率,只能展示理论效率。
另外等建设太空电站时,航天其实只需要发低轨就行了,利用太阳能电池自己用电离子火箭推到同步轨道,或者同步轨道附近的摇摆轨道。
地面光伏发电目前受限于储能,虽然大量发展,考虑夜间需要不能明显减少电厂的发电容量,这是根本的问题。好比德国在某个夏天的中午,全国的发电量一半来自光伏发电,那不意味着电厂的装机容量就可以只保留一半。更重要的是夜间发电你仍然需要依靠化学燃料。
假如储能技术有突破,每度储电一天的成本降低到电厂出厂价一半或三分之一,而未来光伏发电成本还有可能下降,最终供电全部转到太阳能发电,从人类未来的发展来看,建设太空电站的需求就不那么必要和迫切了。但是从技术和商业角度说,有没有可能太空发电成本打败地面发电,当然仍然完全可能,只要航天发射成本能降到足够低。