Jít na vyhledávání

Fyzikální poradna

Máš nějaký dotaz?

Pokud se chceš na něco zeptat, napiš nám e-mail s předmětem „Fyzikální poradna“ na adresu:

poradna@svetenergie.cz / nebo využij kontaktní formulář
20. 01. 2022
Autor

Odpovídá: Jaroslav Koreš

Ilustrační fotografie (Zdroj: ©photosvac / stock.adobe.com)

Tepelná elektrárna jako zdroj energie ve vesmíru

Hezký den, rád bych věděl, zda by ve stavu beztíže, nebo třeba na Měsíci fungoval stejný koncept elektrárny, jako na Zemi - zdroj tepla, dejme tomu reaktor, či koncentrovaný Sluneční svit ( asi spíš zrcadly) by ohříval vodu v nějakým kotli a vzniklá pára by poháněla turbínu. Kondenzaci by zabezpečil sálavý chladič, stejně jak se chladí Termoelektrický radioizotopový zdroj. Vím, že se zatím ve vesmíru používají ty radioizotopový zdroje přes Peltierovy články, nebo je ohřívají reaktory ( Rorsaty). Dále pak je systém Topaz, kdy se využívá termoemise. Zato jsem nezjistil nic o tom, zda by se využil klasický parní cyklus, nebo třeba nějaká verze Stirlingova motoru. Předem děkuji za odpověď, Vláďa

Ahoj Vláďo,

děkujeme za dotaz, který je možná motivován představou obývání Vesmíru. Sice se nás to aktuálně netýká, ale protože plány na vybudování „kolonií“ mimo Zemi jsou, je potřeba přemýšlet i nad tím, jak taková místa zásobovat energií.

Zařízení, přeměňující tepelnou energii na energii mechanickou nazýváme tepelné motory a ty jsou obecně popsány tzv. Carnotovým cyklem. Fungování takového stroje v principu nevyžaduje ani atmosféru, ani gravitaci. I když v praktických realizacích (zejména prvních parních strojů) byl využíván k návratu pístu do počáteční polohy i atmosférický tlak. Tepelný stroj si můžeme představit jako např. injekční stříkačku. Pokud budeme mít stříkačku v užší části ucpanou a zahřejeme ji, bude se vzduch uvnitř rozpínat. Píst stříkačky se začne pohybovat a vykoná práci. Pak stříkačku ochladíme, vzduch se začne smršťovat a (díky atmosférickému tlaku) se stříkačka vrátí do původní polohy. Pokud tyto fáze (ohřívání a chlazení) budeme pravidelně opakovat máme tepelný stroj (v autě je to v řádech tisíců změn za minutu) . Na tomto principu fungují jak spalovací motory u aut, tak i tepelné (jaderné) elektrárny. Pokud nebude k dispozici atmosféra a gravitace, můžeme návrat pístu do původní polohy zajistit např. pružinou, nebo využitím více válců, které pracují proti sobě.

Takže to nějak fungovat bude, ale problém bych viděl v účinnosti. Maximální účinnost tepelného stroje je součástí 2. termodynamického zákona a můžeme ji spočítat: ν=1-(T2/T1), kde T2 je teplota chladiče a T1 je teplota ohřívače (oboje v Kelvinech). Účinnost tepelné elektrárny je cca 33 %, takže z např. jeden blok uhelné elektrárny o výkonu 100 MW při výrobě elektrické energie do chladiče odevzdá 200 MJ tepla každou sekundu. A těch 200 MW je potřeba rychle předat okolí. Pokud by tento odvod zbytkového tepla nefungoval, bude se zvyšovat teplota chladiče a tudíž i účinnost elektrárny. A protože ve vakuu není žádné prostředí, bude teplo z chladiče odcházet jen ve formě záření a tento způsob předávání energie je pomalý. Technické řešení tak bude mnohem náročnější a tudíž i dražší.

Ale určitě bude nutné výrobu energie pro osady mimo Zemi připravit, protože samotné fotovoltaické panely či tebou zmiňované termoelektrické zdroje nebudou schopné dodat v případě větší infrastruktury potřebný výkon.

Dost možná je tento tvůj dotaz námětem k řešení energetické soběstačnosti jak vesmírných stanic, tak i zmiňovaných kolonií a snad se mi podařilo poukázat na zásadní problém při realizaci elektrárny mimo Zemi.

Vrátit se nahoru