Хранение 200 ТДж электроэнергии для быстрой разрядки

Вот у меня проблема.

Мне нужно решение для следующей ситуации. У меня есть научно-фантастический двигатель звездолета, который потребляет 140 ТДж энергии каждые 6 часов. У меня есть термоядерный реактор, который за это время может произвести 200 ТДж.

Проблема в том, что реакторы производят 10 ГВт... поэтому мне нужно где-то хранить этот заряд, когда он будет использоваться. Это означает, что мне нужна батарея или предлагаемая «схема разрыва» ... Я не могу понять, какой метод хранения лучше.

Я не могу понять, как будет работать разрывная цепь, поскольку кажется, что заряд в 200 ТДж, вращающийся по петле, будет гореть ужасно горячим и быстро разрушит цепь, а также быстрое падение энергии, а затем повторный нагрев также повредит ее.

Проблема с решением батареи заключается в том, что я не знаю, насколько большой будет батарея, и я почти уверен, что батарея не может разряжать такую ​​​​высокую энергию сразу.

Итак, какой метод лучше или есть лучший? Можно ли реализовать Burst Circuit с помощью современных технологий? Насколько велика будет батарея?

почему нельзя просто запустить генератор на частичной мощности?
Сверхпроводящие технотрубки Джеффриса.
@ L.Dutch, разве это не очевидно? Генератор должен производить энергию. Он просто используется только каждые 6 часов.
нет, это не очевидно. Во всех питаемых вещах, на которых я был, блок питания работает постоянно, а не срабатывает раз в x часов.
У вас нет заряда ТДж, циркулирующего в цепи. Он сидит там в батарее или конденсаторе.
@ L.Dutch Как вы думаете, что такое создание заряда? Это просто очень большой заряд.
Если я спрашиваю, это потому, что из того, как вы это написали, непонятно
@L.Dutch Я проектирую космический корабль. Мне нужно знать физические характеристики вещей, чтобы я мог разместить их на корабле. Будь то батарея или конденсатор или что-то еще. Я не могу найти способ добраться до этого ответа. Мне не нужно точно знать, как это работает, только размер. Самому приводу требуется 6 часов, чтобы создать поле, которое длится x времени и потребляет 140 ТДж энергии.
Как быстро должен произойти этот разряд? Технологии заметно отличаются, если он должен разряжаться в течение минуты или миллисекунды. Однако обратите внимание, что вы буквально находитесь в зоне действия ядерной бомбы для этих энергий.
Вы специально хотите сделать это с помощью электроэнергии? Если использование тепловой энергии (т. е. подрыв взрывчатых веществ) является приемлемым решением, у вас есть более широкий спектр решений.
@CortAmmon У меня нет установленного периода разрядки, но чем быстрее, тем лучше ... Пока это достаточно разумно, я могу управлять более длительными периодами времени с помощью технического прогресса, несколько минут не работают из-за корректировки, необходимые для улучшения тех. Мне нужно, чтобы это была электрическая энергия. Хотя есть ручной способ отвести тепло из системы, потому что термоядерный реактор будет производить тепло, и об этом нужно позаботиться. И да, я знаю, что это диапазон ядерных бомб ^.^ Бомбы не являются приемлемым решением, лол.
«Реакторы производят 10 ГВт в секунду» не имеет смысла с точки зрения единиц (здесь я предполагаю , что вы имели в виду ГВт, а не ГВт; иначе я не знаю, о какой единице вы говорите). Ватт является мерой скорости потока; 1 Вт = 1 Дж/с (джоуль в секунду). При умножении на единицу времени он становится мерой количества энергии в системе; например, 1000 Втч (1 кВтч) — это 1000 Дж/с, умноженное на 3600 секунд (1 час), или 3600000 Дж (или 3,6 МДж, если вы предпочитаете такое обозначение). Пожалуйста, позаботьтесь о том, чтобы ваши единицы измерения были правильными, иначе вы полностью испортите погружение для многих людей.
@MichaelKjörling Я написал 10 ГВт в секунду, чтобы было понятно, что я имел в виду, потому что не все это знают. Я не использую Wh, потому что это сбивает меня с толку, как именно это написать, и это плохая единица измерения imo.
1 Втч = 3600Дж, а не показатель мощности

Ответы (2)

Хранение 200 ТДж электроэнергии для быстрой разрядки

Батареи хранят энергию, как и конденсаторы.

https://en.wikipedia.org/wiki/Конденсатор#Energy_stored_in_a_capacitor

Обычные конденсаторы обеспечивают менее 360 Дж на килограмм удельной энергии, тогда как обычная щелочная батарея имеет плотность 590 кДж/кг. Существует промежуточное решение: суперконденсаторы, которые могут принимать и отдавать заряд намного быстрее, чем батареи , и выдерживать гораздо больше циклов зарядки и разрядки, чем перезаряжаемые батареи.

Таким образом, вам нужен набор суперконденсаторов для хранения заряда, а затем его разрядки при необходимости.

Я не могу понять, как будет работать разрывная цепь, поскольку кажется, что заряд в 200 ТДж, вращающийся по петле, будет гореть ужасно горячим и быстро разрушит цепь, а также быстрое падение энергии, а затем повторный нагрев также повредит ее.

Не используя этот термин, вы описываете короткое замыкание, а это всегда плохо . Вы никогда этого не захотите.

Но вам по-прежнему нужны суперконденсаторы для быстрой разрядки без сжигания проводов. Таким образом, вам нужны сверхпроводники.

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

Сверхпроводимость — это явление абсолютно нулевого электрического сопротивления и выброса полей магнитного потока, возникающее в некоторых материалах, называемых сверхпроводниками, при охлаждении ниже характерной критической температуры.

Таким образом, никакого нагрева и разрушения вашей инфраструктуры.

Но поскольку поддерживать температуру ниже 30К... сложно, вам понадобятся высокотемпературные сверхпроводники.

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

В то время как «обычные» или металлические сверхпроводники обычно имеют температуры перехода (температуры, ниже которых они являются сверхпроводящими) ниже 30 К (-243,2 ° C) и должны охлаждаться с помощью жидкого гелия для достижения сверхпроводимости, ВТС наблюдались с температурами перехода как до 138 К (-135 ° C), и его можно охладить до сверхпроводимости с помощью жидкого азота.

Хотя 138K все еще чертовски холодно, это выполнимо. Предположительно, поскольку у вас есть термоядерные реакторы и звездолеты, вы также разработали настоящие высокотемпературные сверхпроводники.

Теперь все на месте:

  1. Термоядерный реактор подключен к
  2. высокотемпературные сверхпроводники (большие, причудливые провода), которые вводят электричество в
  3. огромное количество суперконденсаторов. Когда нужны 200 ТДж,
  4. электричество течет через высокотемпературные сверхпроводники на «выходной» стороне суперконденсаторов,
  5. прямо в свой научно-фантастический звездолет.

Просто, правда.

Ваш ответ намного лучше сейчас. Причина, по которой ваш ответ был отклонен, заключалась в отсутствии разъяснений. Вы включили то, чего у нас еще нет, технологически (сверхпроводники при комнатной температуре) и только что сказали, чтобы мы махали рукой с техноболтовней. Сверхпроводники и -конденсаторы — это не то, чего не знает тот, кто задает подобный вопрос, но ответы должны быть автономными и не требовать от людей получения информации где-либо еще, чтобы следовать их логике.
@ArtificialSoul " и не требовать, чтобы люди получали информацию где-то еще, чтобы следовать их логике ". Но где это останавливается? Я также объясняю, что такое провода, цепи и электричество?
Не преувеличивайте и подумайте об этом. Идея в том, что не все задавались этим вопросом, но, возможно, кому-то он все же покажется интересным. Если кто-то не знает, что такое электричество, он даже не понимает вопроса. Но если ваш ответ требует больше знаний, чем сам вопрос, вам, по крайней мере, нужно описать, что особенного в «сверхпроводнике при комнатной температуре», который был в вашем первоначальном ответе.
@RonJohn, это интересный момент, возможно, стоит отдельного поста в мета.
Несогласие! Короткое замыкание не всегда плохо. Это именно то, что предназначено, например, для нагревательных элементов. (Извините, но я не мог не сказать это)
Нагревательные элементы @Rafael не являются короткими замыканиями, поскольку, по определению, короткие замыкания представляют собой непреднамеренные пути с небольшим сопротивлением, тогда как нагревательные элементы представляют собой предполагаемые пути с большим сопротивлением.
@RonJohn, нагревательные элементы обычно имеют низкое сопротивление, потому что при высоком сопротивлении протекает небольшой ток, что приводит к небольшому нагреву. В любом случае они все еще являются «короткими замыканиями» в том смысле, что цепь «короткая».
@Rafael «высокий» и «низкий» относительны. В ванной (или на кухне), например, сопротивление в нихромовом нагревательном элементе намного выше, чем сопротивление в медных электрических проводах. В противном случае обогреватель не нагревался бы!!

Судя по вашим комментариям, "у меня нет установленного периода выписки". В основном это означает, что мы не можем предоставить решение. Это электротехнический эквивалент фразы «Я хочу машину, которая движется быстро, но мне все равно, насколько быстро». Лучший выбор транспортных средств сильно варьируется от трехколесных велосипедов до SR-71 и космических челноков.

Могу отметить, что, как правило, чем медленнее разрядка, тем удобнее ваша технология. Вещи, которые могут разрядиться за миллисекунду, как правило, хранят меньше энергии на кг (удельная энергия) и меньше энергии на кубический метр (плотность энергии).

Три технологии, которые могут быть в вашем списке (числа плотности энергии из этой страницы википедии ):

  • Пленочные конденсаторы - это быстрый разряд (от микросекунд до наносекунд). Однако они очень плохи, когда дело доходит до плотности энергии. Разница между разными пленочными конденсаторами буквально на порядки, но они где-то около 10 Дж/кг.
  • Большие электролитические конденсаторы — это более медленные разряды, потому что они могут нагреваться и кипятить электролит. Опять же, разница между разными продуктами буквально на порядки, но если вы придерживаетесь микросекундных и миллисекундных разрядов, у вас, вероятно, все в порядке. Плотность энергии где-то около 200 Дж/кг.
  • Суперконденсаторы. Опять же, более медленная разрядка, но более эффективная. Удельная мощность суперконденсатора ниже, чем у электролитического конденсатора, поэтому он не может разряжаться так быстро. Однако его плотность энергии подскакивает до 10-40 кДж/кг.
  • Аккумуляторы. Аккумуляторы разряжаются еще медленнее, но подскакивают до 170 кДж/кг (свинцово-кислотные). Самая высокая батарея в моем списке — это литий-металлическая батарея с емкостью 1,8 МДж/кг.

Теперь вы должны отметить, что все эти числа малы. Даже используя самый плотный накопитель энергии в списке, аккумуляторы, вы говорите о 70 миллионах кг аккумуляторов. Это примерно масса авианосца класса «Нимиц».

Вы не уточнили, насколько большим был ваш космический корабль.

Вы можете попробовать хранить свою энергию в сверхпроводящей петле. Если бы вы это сделали, не было бы никакого сопротивления. Однако всегда есть конечная вероятность того, что какой-либо участок контура станет резистивным. Чем больше энергии вы вкладываете в цикл, тем выше риск. Если какая-либо секция становится резистивной, она быстро нагревает близлежащую область и происходит «гашение», при котором вся энергия немедленно рассеивается. Это то, с чем они имеют дело в ускорителях частиц. Как я слышал, это описано, они должны работать баланс. Закалка слишком много раз в день, и вы не сделаете достаточно работы. Будьте осторожны, используйте низкие энергии и не используйте гашения, и результаты не будут достаточно интересными, чтобы оправдать огромные затраты на коллайдер. Они должны найти правильный баланс.

К сожалению, у меня нет цифр, чтобы предсказать, сколько энергии вы могли бы разумно хранить в одной из этих петель. Однако у меня есть статистика по LHC . Цепи, питающие магниты БАК, имеют около 10 ГДж энергии (маленькая часть того, что вам нужно, но, тем не менее, полезная). Когда происходит гашение (обычно из-за того, что что-то отклоняется в луче, но иногда это происходит из-за случайных эффектов в магнитах), требуется около 2 минут, чтобы передать всю энергию в стальной блок — он нагревает 8 тонн стали примерно на 300 градусов за эти две минуты.

Я бы сказал, 1 минута или меньше периода разряда. В конечном итоге это будет использоваться для реактивных истребителей, таких как корабли (с лучшими силовыми характеристиками). Корабль должен иметь диаметр 20 метров, хотя текущая конструкция ограничивает «батарею» примерно 4x4x4 метра. У меня возникла идея... Не могли бы вы использовать магнитную установку и лазерный луч (вы знаете тот, который используется для электричества), чтобы поймать и удержать его?
@Durakken Моя честная рекомендация - помахать рукой. 140 ТДж в кубе 4x4x4 м — это плотность энергии чуть более 2000 МДж/л. Это примерно в 50 раз больше, чем у самого плотного неядерного запоминающего устройства, указанного в Википедии. Вы настолько далеки от того, что возможно с сегодняшними технологиями, что вполне разумно называть это «волшебством». Вы говорите о хранении буквально в 10 000 раз больше энергии, чем они хранят на БАК, что составляет 4x4x26700 метров.
Хранение 200 ТДж электроэнергии для быстрой разрядки
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v