Elektriciteitswinning uit de ionosfeer met de space elevator?
Moderator: physicalattraction
- Moderator
- Berichten: 5.538
Elektriciteitswinning uit de ionosfeer met de space elevator?
De space elevator (ruimtelift) is een toekomstplan voor een kabel vanaf een ankerpunt op het aardoppervlak naar een satelliet in een geostationaire baan op >36000 km hoogte. De kabel zou door de ionosfeer gaan (50-1000 km hoogte).
Ik vraag me af of je met de space elevator elektriciteit zou kunnen winnen uit de ionosfeer, op een manier die zo te zien nog onbekend is op internet. Het aarde-ionosfeer systeem is een lekkende condensator van 2 farad met een spanning van 300 kV en een lekweerstand van 200 ohm.(bron) De tijdconstante RC is 5 minuten, de laadstroom en de lekstroom zijn 1 kA, het vermogen U<b>·</b>I is 300 MW. De continue oplaadstroom wordt geleverd door lokale onweersbuien. De lekweerstand wordt veroorzaakt door de lucht van de atmosfeer die geen perfecte isolator is.
Als je naast de kabel van de space elevator een koperdraad hangt die een kleinere weerstand heeft dan 200 ohm en die 1 kA verdraagt zou je die 300 MW beneden op aarde kunnen aftappen. De ionosfeer en het aardoppervlak zijn als het ware twee geleidende condensatorplaten, die de lading zijwaarts gelijkmatig verdelen, dus je kunt aftappen op een plaats die ver weg is van onweersbuien. De 300 MW kun je verkopen voor 0.5 miljard euro per jaar.
Zou het in principe kunnen?
Ik vraag me af of je met de space elevator elektriciteit zou kunnen winnen uit de ionosfeer, op een manier die zo te zien nog onbekend is op internet. Het aarde-ionosfeer systeem is een lekkende condensator van 2 farad met een spanning van 300 kV en een lekweerstand van 200 ohm.(bron) De tijdconstante RC is 5 minuten, de laadstroom en de lekstroom zijn 1 kA, het vermogen U<b>·</b>I is 300 MW. De continue oplaadstroom wordt geleverd door lokale onweersbuien. De lekweerstand wordt veroorzaakt door de lucht van de atmosfeer die geen perfecte isolator is.
Als je naast de kabel van de space elevator een koperdraad hangt die een kleinere weerstand heeft dan 200 ohm en die 1 kA verdraagt zou je die 300 MW beneden op aarde kunnen aftappen. De ionosfeer en het aardoppervlak zijn als het ware twee geleidende condensatorplaten, die de lading zijwaarts gelijkmatig verdelen, dus je kunt aftappen op een plaats die ver weg is van onweersbuien. De 300 MW kun je verkopen voor 0.5 miljard euro per jaar.
Zou het in principe kunnen?
- Moderator
- Berichten: 8.166
Re: Elektriciteitswinning uit de ionosfeer met de space elevator?
Dat vermogen geldt voor de gehele condensator Aarde-ionosfeer, een gigantisch oppervlak.
Hoe zou je dat totale vermogen van 300 MW vanuit één (zeer) klein punt af willen tappen?
Anders gezegd; die tether is hier in Nederland verankerd (aan de evenaar is een verstandiger keuze), hoe komen de elektronen bij China hier?
Hoe zou je dat totale vermogen van 300 MW vanuit één (zeer) klein punt af willen tappen?
Anders gezegd; die tether is hier in Nederland verankerd (aan de evenaar is een verstandiger keuze), hoe komen de elektronen bij China hier?
- Pluimdrager
- Berichten: 7.933
Re: Elektriciteitswinning uit de ionosfeer met de space elevator?
Dan moet je een geostationair gaasnetwerk in de ionosfeer brengen. En waarschijnlijk ook nog een gaasnetwerk op bodemniveau. En dan is het nog maar de vraag of je die 300MW haalt, het zou zo maar kunnen dat de spanning drastisch in elkaar stort als je dat vermogen gaat aftappen.
300MW stelt ook niet veel voor, vergeleken met de totale energiehonger van de aardbewoners. Alleen Nederland gebruikt al 10.000MW.
300MW stelt ook niet veel voor, vergeleken met de totale energiehonger van de aardbewoners. Alleen Nederland gebruikt al 10.000MW.
- Moderator
- Berichten: 5.538
Re: Elektriciteitswinning uit de ionosfeer met de space elevator?
Michel Uphoff schreef:Dat vermogen geldt voor de gehele condensator Aarde-ionosfeer, een gigantisch oppervlak.
Hoe zou je dat totale vermogen van 300 MW vanuit één (zeer) klein punt af willen tappen?
Anders gezegd; die tether is hier in Nederland verankerd, hoe komen de elektronen bij China hier?
De ionosfeer is een ohmse geleider. Elektronen die bij China aan de ionosfeer worden toegevoegd duwen alle elektronen van de ionosfeer in de richting van de uitlaat bij Nederland. Hoe groot zou de elektrische weerstand tussen China en Nederland zijn? Voor de eenvoud probeer ik de ongeveer even grote weerstand te berekenen tussen de tether bij de pool van de ionosfeer en de equator van de ionosfeer. In de figuur zijn de rode lijnen stroomlijnen. De berekening is eenvoudiger als je de ionosfeer vervormt tot een platte pannenkoek, van dikte H. De groene cirkel is het bovenaanzicht van de tether.
Het stroomlijnenpatroon is radiaal. De elektrische weerstand R is een serieschakeling van concentrische cilinderschillen.
De weerstand van een cilinderschil is .
\( dR = \frac{\rho dr}{A} = \frac{\rho dr}{2 \pi r H} \)
De totale weerstand is dus
\( R = \int_{a}^{b} \frac{\rho dr}{2 \pi r H} = \frac{\rho}{2 \pi H} \ln{\frac{b}{a}} \)
De soortelijke weerstand ρ is lastig omdat hij eigenlijk niet uniform is, maar anisotroop. Voor de eenvoud schat ik een soort gemiddelde geleidbaarheid σ op grond van een figuur op deze webpagina (link), op 10-5 siemens/meter. Dan is ρ = 1/σ = 105 Ωm. De dikte van de ionosfeer, H, is 1000 km, de straal van de tether, a, is 1 cm, en de afstand van pool naar equator, b, is 10000 km. Dan is R = 0.3 Ω.
Michel Uphoff schreef:die tether is hier in Nederland verankerd (aan de evenaar is een verstandiger keuze) ...
Misschien kan Nederland samenwerken met Zuid-Afrika, twee tethers die samen de satelliet boven de equator houden.
- Moderator
- Berichten: 5.538
Re: Elektriciteitswinning uit de ionosfeer met de space elevator?
klazon schreef:Dan moet je een geostationair gaasnetwerk in de ionosfeer brengen. En waarschijnlijk ook nog een gaasnetwerk op bodemniveau.
De ionosfeer geleidt zo goed, daar is geen gaasnetwerk nodig. De grondweerstand van droge grond is wel een probleem. Maar 70% van de aarde is bedekt met zee of oceaan, dus veel onweer heeft waarschijnlijk plaats ergens boven zee. Laten we de tether verankeren in zee bij Zandvoort (leuke bezienswaardigheid!), zodat hij 10 meter diep in het water steekt. De formule van het vorige bericht gebruik ik weer om de grootteorde van de weerstand te schatten. De geleidbaarheid van zeewater is 5 siemens/meter, H=10 m, b=10000 km, en a = 1 cm, dan is de weerstand 0.07 Ω. Dat valt mee.
klazon schreef:En dan is het nog maar de vraag of je die 300MW haalt, het zou zo maar kunnen dat de spanning drastisch in elkaar stort als je dat vermogen gaat aftappen.
De zon blijft schijnen, dat is de energiebron van onweer op aarde. Het onweer blijft de ionosfeer elektrisch opladen. Dat is het model waarvoor ik een bron gaf. Met minder dan 300 MW zou ik ook tevreden zijn.
klazon schreef:300MW stelt ook niet veel voor, vergeleken met de totale energiehonger van de aardbewoners. Alleen Nederland gebruikt al 10.000MW.
Ik overwoog eigenlijk om de opbrengst te doneren aan wetenschapsforum, daar heeft zo een bedrag nog effect. De ambitie van het oplossen van de energiehonger van de aardbewoners laat ik met een gerust hart aan anderen over.
-
- Berichten: 12.262
Re: Elektriciteitswinning uit de ionosfeer met de space elevator?
klazon schreef: 300MW stelt ook niet veel voor, vergeleken met de totale energiehonger van de aardbewoners. Alleen Nederland gebruikt al 10.000MW.
Vooral dat - nog ongeacht te kosten is de potentiele opbrengst insignificant.
300 MW lijkt heel wat, maar wereldwijd is het een verschil ver achter de komma, het is minder dan de gemiddelde fatsoenlijke centrale produceert.
Bovendien kan het ook wel z'n problemen hebben, het ontladen van de ionosfeer is niet probleemloos - zaken radioverbindingen op lange golflengtes (en afstanden) zouden bijvoorbeeld niet meer werken.
Victory through technology
- Moderator
- Berichten: 8.166
Re: Elektriciteitswinning uit de ionosfeer met de space elevator?
Waarom ontlaadt de ionosfeer dan niet spontaan helemaal bij een hoge 'sprite' of soortgelijke ontladingen die tot in de ionosfeer kunnen reiken?
Dat zou dan boven een oceaan moeten kunnen als ik je goed begrijp.
Dat zou dan boven een oceaan moeten kunnen als ik je goed begrijp.
- Moderator
- Berichten: 5.538
Re: Elektriciteitswinning uit de ionosfeer met de space elevator?
Dat ligt eraan op welke manier een sprite deel uitmaakt van de stroomkring. Dat is onbekend. Ik gok dat een sprite vergelijkbaar is met bliksem onder de wolk, maar dan boven de wolk.
Ik stel me de elektrische stroomkring van bliksem onder de wolk voor als in Fig 1 hieronder. De luchtkolom van de onweerswolk tussen ionosfeer (A) en grond (D) bevat twee horizontale lagen die elektrisch geladen zijn (B, C). De kolom bestaat als het ware uit drie condensatoren in serie. Bliksem is het kortstondig sluiten van schakelaar S, waarbij C1 kortgesloten wordt. Maar C2 en C3 worden niet kortgesloten, bliksem is dus geen kortsluiting van de ionosfeer naar aarde.
Een sprite stel ik me voor als een vergelijkbare kortsluiting van C3, boven de wolk, zie Fig 2. Maar C1 en C2 worden niet kortgesloten, een sprite is dus geen kortsluiting van de ionosfeer naar aarde.
Elektrische circuit van bliksem (Fig 1) en sprite (Fig 2; hier is alleen de bovenkant van het circuit weergegeven). De generator is een permanente stroombron, I0, zolang de onweerswolk actief is. R4 = 200 Ω, C4 = 2 F.
Ik stel me de elektrische stroomkring van bliksem onder de wolk voor als in Fig 1 hieronder. De luchtkolom van de onweerswolk tussen ionosfeer (A) en grond (D) bevat twee horizontale lagen die elektrisch geladen zijn (B, C). De kolom bestaat als het ware uit drie condensatoren in serie. Bliksem is het kortstondig sluiten van schakelaar S, waarbij C1 kortgesloten wordt. Maar C2 en C3 worden niet kortgesloten, bliksem is dus geen kortsluiting van de ionosfeer naar aarde.
Een sprite stel ik me voor als een vergelijkbare kortsluiting van C3, boven de wolk, zie Fig 2. Maar C1 en C2 worden niet kortgesloten, een sprite is dus geen kortsluiting van de ionosfeer naar aarde.
Elektrische circuit van bliksem (Fig 1) en sprite (Fig 2; hier is alleen de bovenkant van het circuit weergegeven). De generator is een permanente stroombron, I0, zolang de onweerswolk actief is. R4 = 200 Ω, C4 = 2 F.