Далекое будущее, Космос. Самый вероятный способ хранения кратковременной энергии?

Пожалуйста, предположим следующее:

Космический корабль в далеком будущем.

Результат: Корабельные системы имеют высокий базовый спрос на энергию, и иногда вам требуется экстремальное количество энергии за очень короткий период времени.

Исходные данные: Усовершенствованный термоядерный реактор используется для обеспечения базовой мощности. Существует ряд «инъекций» в систему, некоторые из них внезапные, экстремальные энергетические пики, некоторые незначительные и плавно возрастающие/падающие.

Как лучше всего хранить энергию и обеспечивать необходимую гибкость?

Как всегда: предположим, будущие технологии, я приму правдоподобные махи руками, но, пожалуйста, старайтесь, чтобы они были как можно меньше.

Не дубликат , но по теме.
Спасибо. Я уже прочитал эту ветку, потому что она появилась, когда я создал вопрос. Основное отличие здесь, кажется, в «далеком будущем».
Это просто напоминает мне об электролитических конденсаторах, которые мы используем для сглаживания колебаний мощности в электронике. Неудивительно, что половина ответов до сих пор рекомендуют конденсаторы: P. Однако вы не уточняете, что такое «Энергия», поэтому я предполагаю, что вы либо машете рукой, либо еще не решили, что это такое. Емкостной механизм определенно то, что вам нужно, электрический он или нет, но если ваш корабль использует электрическую энергию, то вы уже разобрались со многими техническими вещами.
Да, я говорю об электрической энергии здесь. Кажется, что с ним проще всего обращаться и хранить, или нет?
@openend Как правило, да, электричество имеет то преимущество, что вы можете сделать устройство для хранения энергии без движущихся частей. Он также хорошо работает с реактором на основе термоядерного синтеза, поскольку у нас есть несколько предложенных конструкций, которые вырабатывают электричество напрямую, а не вырабатывают тепло, которое затем преобразуется в электричество. В настоящее время у нас нет возможности хранить электроэнергию после того, как она произведена с такой же плотностью, как у большинства видов топлива, но если ваше устройство хранения может обеспечить достаточную плотность энергии и может выдерживать большие токи (см. сверхпроводники и радиаторы), тогда да, вы должны быть хорошо, используя электричество.
Однако @openend, в зависимости от потребностей вашей истории, у вас может быть достаточно места, чтобы связать свои потребности в энергии с выходной мощностью реактора. Другими словами, вместо накопления мощности (что в основном полезно для сглаживания выходной мощности) вы могли бы иметь систему, которая подает в нее больше топлива, чтобы увеличить выходную мощность по мере необходимости, снижая мощность реактора позже, когда ему не нужно производить столько энергии. Иметь систему для сглаживания вывода было бы разумно в любом случае, но в последнем случае вам не нужны огромные объемы памяти, и, возможно, вы даже могли бы «разогнать» свой реактор.

Ответы (7)

Представляем новейший продукт от Nikola Industries, блок питания WhoNeedsOil. Это компактное решение для хранения энергии с малой массой, совместимое со всеми термоядерными реакторами Mark 9, использует сверхпроводящий провод, охлажденный до переохлаждения 0,1 К, для хранения энергии в магнитном поле для дополнительного небольшого повышения мощности.

Не бойтесь, если вам нужно что-то более долгосрочное, WhoNeedsOil может хранить энергию практически бесконечно*. При КПД до 95% эта технология лидирует на рынке*, поэтому свяжитесь с Nikola Industries сегодня, чтобы узнать цену, или посетите наш заводской демонстрационный зал, 48°51′29,6″ с. ш., 2°17′40,2″ в. д. Alpha_Centauri_Bc.

*Принять условия. Производительность оценивается по сравнению с решениями для хранения энергии маховика 3-го поколения в сопоставимом ценовом диапазоне при установке техническим специалистом с рейтингом Nikola. Неправильная установка или техническое обслуживание могут привести к незначительным потерям жизни.

Сверхпроводящий унобтаний при комнатной температуре — это совсем несложно.
@Mazura 0,1 K - это не то, что я бы назвал комнатной температурой.
Современные сверхпроводники находятся либо в диапазоне ниже 30K (низкотемпературный сверхпроводник), либо в диапазоне ниже 138K (высокотемпературный сверхпроводник). К вашему сведению, комнатная температура 293К, Кельвин. На самом деле более вероятно, что сверхпроводник находится при более высокой температуре (поскольку для охлаждения вещей требуется довольно много энергии), и на данный момент мы можем охлаждать их жидким азотом.
Срочные новости: продукция Nikola Industries специально убивает детей.
Если он хранит достаточно энергии для значительного буферирования термоядерного реактора, я не хочу находиться рядом с ним, когда он гаснет .
Спасибо @MadHatter. Это отличный сюжетный материал. Если я правильно понял, можно ли «перезарядить» мои матрицы хранения?
Насколько я понимаю, сверхпроводники обладают как критической температурой (выше которой они имеют сопротивление), так и критической плотностью тока (выше которой они также терпят неудачу), так что да, вы можете, и это приводит к путанице. Инцидент 2008 года на БАК вырвал магниты весом (как я полагаю) много тонн из болтов, удерживающих их на бетонном полу, и в придачу выпустил около шести тонн жидкого гелия.
О, мой плохой. Ручная волна находится в системе охлаждения. Но мы в космосе, так что я думаю, что это полетит, если вы будете махать руками достаточно быстро.
@ Мазура, ты должен довольно сильно махать, космос - совершенно ужасный чиллер. Насколько я понимаю, для охлаждения до диапазона менее 1K вам нужно использовать кулер с туннельным переходом. Вы можете охлаждать более крупные структуры с помощью одной, чем с помощью лазерной ловушки, но все же они очень маленькие.
Сверхпроводящие петли будут стремиться расшириться (радиально взорваться), поэтому вам понадобится что-то твердое, чтобы удержать их в целости. Таким образом, вы в конечном итоге ограничены твердостью материала и, следовательно, энергией химической связи. Таким образом, плотность энергии не будет намного выше, чем при химических реакциях, что по-прежнему впечатляет для батарей! 20 или 50 МДж/кг было бы достаточно.

Суперконденсаторы - мой ответ вам. Суперконденсатор — это, по сути, большая батарея, которая разряжает (или, по крайней мере, может разряжать) много энергии за короткий промежуток времени. Они используются для краткосрочного хранения энергии или доставки массивных всплесков энергии.

Примером пакетного режима является KERS на гоночных автомобилях. Вы можете использовать суперконденсаторы для накопления энергии при торможении и сохранения указанной энергии для следующего момента, если вам нужно увеличить скорость.

Однако современные суперконденсаторы имеют очень низкую плотность энергии — чтобы удерживать энергию одного бака с бензином, вам понадобится суперконденсатор ~ 50 тонн, и я полагаю, что термоядерный реактор будет производить больше энергии, чем это. (Планируется, что термоядерный реактор с высоким бета-излучением Lockheed Martin 2017 года будет производить 100 МВт, что за секунды заполнит 50-тонный суперконденсатор; вероятно, термоядерный реактор космического корабля далекого будущего лучше.)
@Charles Вероятно, технологии будущего могли бы решить эту проблему.
Я не думаю, что это решение. Суперконденсаторы становятся лучше, но также улучшаются термоядерные реакторы и требования к энергии. Конечно, мы можем просто манипулировать ими, чтобы значительно превзойти двух других, но в этот момент у нас есть только анобтаниум.
А как насчет использования суперконденсаторов для пиков спроса и плотного хранения энергии в очень больших маховиках? У вас есть легкий доступ к вакууму, так что сопротивление воздуха не является проблемой, и немного причудливой смазки с углеродной структурой (C60, кто-нибудь?) должно хорошо справляться с трением скольжения.
@realityChemist Маховики хранят механическую энергию. Я действительно не знаю, насколько эффективной будет система, поскольку вам придется преобразовывать энергию в механическую энергию и обратно в электричество.
@AmiralPatate Мы делаем это сегодня для аварийного энергоснабжения систем, где суперкаппинг был бы нецелесообразен (ИБП с маховиком), и именно для той цели, которую ищет OP: удовлетворение пикового спроса на энергию сверх того, с чем может справиться базовая система. Сегодня они примерно в три раза плотнее энергии по массе (вероятно, значительно больше по объему), чем суперконденсаторы, хотя в будущем кто знает, что будет лучше. Однако они не могут разряжаться так же быстро, как суперкапы.

Если доступна антиматерия, используйте ее, иначе используйте сверхпроводящий конденсатор.

Абсолютное хранилище энергии, которое можно получить в рамках известных нам законов физики, находится в форме антиматерии. Это основано на полном преобразовании материи в энергию и с гигантской постоянной c в

Е знак равно м с 2

это создает очень эффективный механизм накопления энергии. Однако использование антиматерии приводит к некоторым сложным проблемам создания и сдерживания, которые, возможно, были решены. Одна из основных проблем заключается в том, как абсолютно гарантировать, что антиматерия никогда не соприкоснется с обычной материей, пока вы этого не захотите? Если вы не решите эту задачу, у вас останется быстро расширяющееся облако перегретого газа, которое раньше было вашим кораблем. Вам придется решить, достаточно ли развита ваша технология, чтобы справиться с этими проблемами.

Сверхпроводящий суперконденсатор

Это более правдоподобный подход, поскольку мы можем сделать что-то подобное в ближайшие 50 лет. Сверхпроводники делают странные вещи с электричеством и магнетизмом при очень низких температурах, главным из которых является очень низкое сопротивление току. Вам понадобятся эти сверхнизкие значения сопротивления, когда вы разряжаете конденсатор с максимальной скоростью разряда.

Вам понадобятся следующие передовые технологии, чтобы сделать эти суперконденсаторы:

  • Диалектика сверхвысокого сопротивления. Чем лучше диалектика, которую вы можете получить, тем больше энергии вы можете упаковать в конденсатор.
  • Высокотемпературные сверхпроводники. Если есть выбор между требованиями к охлаждению 4 Кельвина или 138 К, чтобы сверхпроводники работали, мудрый разработчик выберет высокотемпературный сверхпроводник.

Следите за тем, чтобы ваша диалектика не становилась сверхпроводником при низких температурах. Это было бы плохо.

Если бы только твой бывший корабль был просто облаком газа. Скорее всего, это будет суп из субатомных частиц. Вы даже можете получить черную дыру .
Зачем нужны высокотемпературные сверхпроводники? Разве сверхпроводники не определяются нулевым сопротивлением? Если да, то каким образом «сопротивление металлических компонентов сверхпроводника может достаточно нагреться»?
Потрясающая концепция использования антивещества в качестве «хранилища» энергии! Меня интересует возможность вывода его на орбиту для сохранности. Первая мысль: «Подождите, а что, если он каким-то образом сойдёт с орбиты?» - вы бы закончили с ужасной бомбой, падающей с неба! Не уверен, что неожиданный уход с орбиты более или менее вероятен, чем ужасная авария на Земле (где нормальная материя в изобилии). По крайней мере, на Земле вы могли бы сказать, ГДЕ именно может произойти эта ужасная авария.
(продолжение...) Может быть, вы могли бы сохранить его как орбитальное «облако» антиматерии? Тогда, если он упадет, его эффекты будут распространяться на гораздо большую площадь, и нет необходимости проектировать сложный контейнер из обычной материи для его хранения. Тогда вы сможете подняться на орбиту, собрать немного антиматерии из облака с помощью магнита. net», и заберите свой груз домой в удобное для вас время.
@loneboat OP ничего не говорит о типе космического корабля или о том, где он находится. Любой ответ, который я дам, будет безудержной спекуляцией.
@PhilFrost Спасибо, что указали на это. Я исправил свой ответ.
@Green: Я идиот - у меня было открыто две вкладки, и я думал, что ваш ответ был на эту: worldbuilding.stackexchange.com/questions/23118/… . Я думал, что ваш ответ был о хранении энергии НА (или около) ЗЕМЛИ.

Они могут накапливать энергию с помощью энергии вращения в устройстве хранения энергии маховика .

Устройство хранения маховика

Они накапливают энергию, используя двигатель для раскручивания маховика в вакуумной герметичной коробке, при этом маховик подвешен на магнитных подшипниках. Чтобы зарядить его, мощность передается на двигатель, раскручивающий маховик. Когда приходит время питать ваши дорогие корабельные системы (сверхсветовой привод, гигантский рельсотрон и т. д.), вы подключаете двигатель в качестве генератора переменного тока или динамо-машины и поглощаете энергию из углового момента.

Их плюс в том, что они являются современными технологиями. Для вашей базовой модели не требуется никаких взмахов руками! Они также хорошо взаимодействуют с рукотворными чудо-материалами, обладающими более высокой прочностью на растяжение, что позволило бы хранить больше энергии.

Для большего удовольствия используйте сверхпроводящие подшипники, чтобы еще больше уменьшить трение и повысить эффективность!

Но как маховики справляются с внезапными огромными выбросами энергии? У меня сложилось впечатление, что маховикам требуется одинаковое время, чтобы раскрутиться вверх или вниз, в то время как OP, похоже, требует чего-то, что можно медленно «заряжать» с течением времени и быстро «разряжать» при необходимости.
@MichaelKjörling На самом деле маховики уже используются именно для этой цели, см. связанную статью в Википедии. Кроме того, поскольку подобные устройства - реактивные колеса - уже широко используются (в спутниках), маховики кажутся логичным следующим шагом.
@DanielJour Хм, может быть, тогда я путал маховики и реактивные колеса.

Не храните его; шунтировать его . Пока вы это делаете, идите по-крупному или идите домой.

Хранить энергию опасно: когда-нибудь видели «Звездный путь»? Было бы лучше, если бы его шунтировали, когда он не нужен. Увеличьте размер своего реактора, чтобы обеспечить достаточную мощность для выполнения любой мыслимой задачи. Тогда дайте ему четырехкратный запас прочности. Тогда возникает вопрос, как вы шунтируете 1,21 гигаватт, когда «выбросить все наверх» ( Quora ) невозможно?

Все хорошие военные корабли способны производить требуемую мощность по требованию . Настолько, что они могут снабжать аварийным электроснабжением небольшие города, если захотят: «USS Lexington обеспечивает электричеством Такому» - historylink.org

Как шунтировать эту энергию действительно проблема, когда вы находитесь в космосе, и конвективный перенос сердца невозможен, кроме как в воздух, где живут ваши люди.

Ядерные батареи

Выбранный ответ действительно, реально, лучший. Сверхпроводящие соленоидные батареи обеспечивают максимально плотное теоретически возможное хранение энергии для электроэнергии, ограниченное только химической силой связывания атомов, чтобы предотвратить ее разлет от сил Лоренца. С чем-то вроде агрегатных алмазных наностержней вы можете легко достичь плотности энергии 20 МДж/кг. И хотя это выглядит не так впечатляюще по сравнению, скажем, с бензином (на самом деле, одним из самых энергоемких видов топлива), помните, что бензин + кислород не так впечатляет, что вы можете извлечь его так быстро, как захотите. вам не нужен громоздкий двигатель для извлечения указанной энергии, и этот громоздкий двигатель в любом случае будет в лучшем случае эффективен на 50%.

Высокотемпературные мощные сверхпроводники — это не такая большая махина руки, и даже не комнатная температура, на самом деле, для технологий будущего, если вы не хотите возиться с криогенным оборудованием.

Кроме того, он превратит всю свою накопленную энергию в тепло (т.е. сильно взорвется), если будет поврежден, слишком сильно нагрет или перегружен, что всегда хорошо для технологии SF. Кроме того, вы также можете назвать его суперсоленоидом, что создает приятную техническую болтовню.

Но этого недостаточно! (В конце концов, этого никогда не бывает.) Мы говорим о технологиях далекого будущего! Мы не хотим быть ограниченными слабыми атомными связями!

Если вы в порядке с большей рукой и хотите мощности моара! в хранилище, вы можете пойти на ядерные изомеры . Ядерный изомер — это стабильное в других отношениях ядро ​​атома, находящееся в возбужденном состоянии. В какой-то момент он распадется, но в отличие от таких вещей, как бета-распад, он будет испускать только гамма-лучи, и этот процесс (теоретически) обратим. А возбужденный ядерный изомер содержит много энергии. Вроде больше миллиона МДж/кг. Просто поместите свои гамма-гальванические элементы далекого будущего, чтобы превратить эти гамма-лучи в электричество, и все в порядке.

Проблема в том, что изомеры делятся на две категории: «едва существующие», которые восстанавливаются за наносекунды, и «почти стабильные» с непрактично долгим периодом полураспада. Стабилизация первого, вероятно, невозможна, но было бы неплохо, если бы мы могли заставить последний вернуться и испустить этот сладкий, сладкий высокоэнергетический фотон?

Некоторые парни притворялись, что им это удалось с изомерами гафния, облучая их рентгеновскими лучами. Увы, с тех пор это было дискредитировано. С тех пор гафниевые батареи прошли путь привода Дина, водяного двигателя и EMDrive. Вздох.

Но подождите, не вся надежда потеряна! В отличие от них, гафниевая батарея не была отвергнута кем-либо, кто хоть немного разбирался в физике, потому что она могла работать ! Это означает, что могут быть и другие методы, помимо современных технологий, которые действительно работают. Может быть, с какой-нибудь экзотической частицей, для которой нужен совершенно новый тип ускорителя частиц.

Дело в том, что, хотя сегодня гафниевые аккумуляторы являются двухъярусными, они все еще кажутся технологиями далекого будущего.

Существует также вопрос о производстве этих изомеров гафния, но если вы можете вызвать девозбуждение, вы также должны знать, как вызвать возбуждение.

Изомеры гафния имеют период полураспада 31 год, что хорошо для краткосрочного хранения энергии. Если вам нужен гораздо более длительный срок, вы можете вместо этого использовать изомеры тантала . Имея 40 000 МДж/кг вместо миллиона, они и близко не такие плотные (хотя все же намного лучше, чем суперсоленоидные батареи), но их период полураспада намного, намного больше, чем возраст Вселенной.

Эти таблицы могут быть полезны для сравнения плотности хранения, что здесь является одним из основных критериев.

Сжатый газ.

https://en.wikipedia.org/wiki/Compressed_air_energy_storage

Хранилище энергии со сжатым воздухом (CAES) — это способ хранения энергии, вырабатываемой в один момент времени, для использования в другое время с использованием сжатого воздуха. В масштабах коммунальных предприятий энергия, вырабатываемая в периоды низкого энергопотребления (непиковые периоды), может быть высвобождена для удовлетворения периодов повышенного спроса (пиковой нагрузки).[1] Это особенно важно в эпоху, когда прерывистые возобновляемые источники энергии, такие как энергия ветра и солнца, становятся все более важными источниками энергии. Системы CAES могут оказать жизненно важное влияние на обеспечение потребностей в электроэнергии в часы пик.

Конечно, вы можете сжимать водород вместо воздуха. Даже в космосе водород хочет быть газом. Водород может быть полезен и по другим причинам.

Далекое будущее, Космос. Самый вероятный способ хранения кратковременной энергии?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v