Arktische Luftschiffe, Teil 1 - Stromerzeugung

http://nunavutenergy.ca/Renewable_Energy

Ich würde Nunavut (Kanada) als anständigen Bezugspunkt für die Solarerzeugung verwenden.

„Standorte entlang der Küste der Hudson Bay in der Region Kivalliq erhalten die höchste Menge an Solarenergie in Nunavut. Die Menge an Solarenergie, die die Küstengebiete der Region Kivalliq erreicht, ist vergleichbar mit der Menge an Solarenergie, die Südquebec, einen Großteil von Ontario, erreicht , und die Maritimes."

Sie erhalten tatsächlich eine anständige Menge Sonne, vorausgesetzt, die Solarzellen sind im richtigen Winkel platziert. Wenn Sie hinzufügen, dass sich diese Luftschiffe über Wolken befinden, sollten Sie einen zusätzlichen Effekt von Sonnenlicht erhalten, das von den Wolken reflektiert wird und die Menge an Sonnenlicht verstärkt, die tatsächlich auf diese Panels trifft.

Was die Energieerzeugung angeht, sollten diese Schiffe in der Lage sein, eine anständige Menge an Energie zu liefern ... mehr als genug, um eine kleine Kolonie mit Energie zu versorgen.

Allerdings gibt es mehrere Herausforderungen:

Der meiste Strom, den wir verbrauchen, wird „nach Bedarf“ erzeugt ... es gibt nur sehr wenig zum Speichern, Energie wird benötigt und wir verbrennen fossile Brennstoffe, um den Bedarf zu decken.

In diesem Szenario gibt es in der Nacht (und übertrieben in den Wintermonaten) große Tageszeiten, in denen kein Licht und damit keine Energie vorhanden wäre. Wenn die Kolonie weit genug nördlich ist, würden Sie sogar Perioden mit 0 Sonnenlicht für etwa 2 Wochen bekommen.

Um wirklich machbar zu sein, muss die Bevölkerung entweder Energie im Einklang mit dem Sonnenlicht verbrauchen (dies schließt 0 Licht in den Abendstunden ein) oder eine fortschrittliche Version der elektrischen Speicherung haben.

Eine einfache Lösung besteht darin, dass sie Kondensatoren entwickelt haben, die große Energiemengen speichern können, oder vielleicht eine Batterietechnologie, die zur späteren Verwendung in chemische Energie umgewandelt werden kann.

Als eher soziale Lösung … Sie nutzen die Energie, wenn Sie sie haben, und nutzen sie nicht, wenn Sie sie nicht haben. Es würde einen Zeitraum im Sommer geben, in dem 24 Stunden Sonnenlicht rund um die Uhr Energie liefert, und einen Zeitraum von 24 Stunden Dunkelheit, in dem kein Stromverbrauch vorhanden ist (die Gesellschaft neigt dazu, während dieser Zeit Winterschlaf zu halten). Und natürlich zwischen den Stunden ... die Schwierigkeit besteht darin, dass der Großteil der Bevölkerung einen hohen Energiebedarf hat, zusammen mit einem niedrigen Energiebedarf. Nicht viele von uns verbrauchen nachmittags Strom ... wir verdienen unseren Lebensunterhalt und andere Aufgaben. Nach dem Abendessen verbrauchen wir Strom am höchsten ... also müsste es eine Methode zur Verteilung oder (wiederum) eine Art der Energiespeicherung in Zeiten mit geringem Verbrauch geben, um sie in Zeiten mit hohem Verbrauch zu nutzen.

Ich bin jedoch ein wenig hin und her gerissen von der Idee, dass ein riesiges Stromkabel an einem Luftschiff baumelt. Scheint ein bisschen wie ein Anker zu sein, der dich nach unten zieht, und den du kämpfen müsstest, um über Wasser zu bleiben.

Hinweis zum Tageslicht hinzugefügt:

75 Grad ist ein langer Weg nach Norden und Sie wissen wahrscheinlich nicht, wie lang Tag und Nacht tatsächlich sind. Der Übergang von 100 % Tageslicht auf 0 % Tageslicht erfolgt unangemessen schnell. cooles kleines Tool: http://astro.unl.edu/classaction/animations/coordsmotion/daylighthoursexplorer.html

Bei 75 Grad sehen Sie ungefähr vom 3. November bis zum 7. Februar völlige Dunkelheit (3 Monate, ungefähr 100 Tage). Vom 7. Februar bis zum 1. Mai geht dies schnell von 0 Stunden auf 24 Stunden Tageslicht über. 1. Mai bis 10. August ist 24 Stunden Sonnenlicht (3 Monate, etwa 100 Tage?). Und dann zurück zu einem schnellen Übergang zu 24-Stunden-Dunkelheit bis zum 3. November. Wenig seltsam, dass die Übergangszeiten kürzer sind als die Tage mit 100 % Dunkelheit oder Tageslicht.

Bei 67 Grad erhalten Sie etwa 4 Wochen 24 Stunden Dunkelheit/Tageslicht. Ich denke, das ist eher das, was Sie in Betracht ziehen. Anscheinend erhalten Sie bei 90 Grad 24 Stunden Tageslicht oder 24 Stunden Dunkelheit ohne dazwischen. 22. September – Das wäre ein seltsamer Tag, um die Sonne einfach verschwinden zu sehen.

Als jemand, der sich seit einigen Jahren mit dem Winterthema beschäftigt, fühle ich mich teilweise verpflichtet, mich einzubringen.

Wirklich, wirklich kaltes Wetter ist eine komplexe Sache. Es führt mehrere Komplikationen zu Dingen ein, die sonst wirklich einfach wären. Ich könnte über verschiedene Faktoren sprechen, die man berücksichtigen sollte, wenn man so etwas erstellt, aber jetzt werde ich mich auf Ihr Energieproblem konzentrieren, um den Umfang der Frage zu wahren.

Warum brauchen wir Strom?

Energie, sei es in Form von Wärme aus einem Feuer oder durch elektrische Mittel erzeugt, ist für jede zivilisiertere menschliche Bevölkerung von entscheidender Bedeutung. Sie verwenden es, um Ihre Kinder aufzuwärmen, wenn es kalt ist, um Metall zu bearbeiten, um Essen zuzubereiten, um Ihr Dorf zu beleuchten, wenn es dunkel ist. Wir brauchen Energie, um unsere Maschinen anzutreiben, um unsere Fahrzeuge anzutreiben. Sie brauchen irgendeine Form von Energie, um fast alles Komplexere in einer menschlichen Siedlung zu tun, und woher diese Kraft kommt, macht wirklich einen Unterschied.

Konvertierung = Verlust

Alles, was Sie mit Ihrer verfügbaren Energiequelle tun, reduziert die verfügbare Energiemenge, sei es die Umwandlung von einer Form in eine andere, die Übertragung oder die Speicherung . Selbst die fortschrittlichsten Batterien, die wir heute haben, können Energie nicht wirklich für immer speichern und verlieren sie mit der Zeit langsam.

Während die Sonne eine Tonne Strom erzeugt [Zitieren erforderlich], können Sie sie ohne große Verluste nicht genau anzapfen.

Betrachten wir diese Seite und rechnen Sie kurz nach .

Laut dieser Seite lautet die globale Formel zur Schätzung des Stroms, der durch die Leistung einer Photovoltaikanlage erzeugt wird, etwa so:

      E = A * r * H * PR

Wo:

• E = Energie (kWh)

• A = Gesamtfläche des Solarpanels (m²)

• r = Solarmodulertrag (%)

• H = Sonneneinstrahlung im Jahresmittel auf geneigte Paneele (ohne Verschattung)

• PR = Performance Ratio, Koeffizient für Verluste (Bereich zwischen 0,5 und 0,9, Standardwert = 0,75)

  So lass uns anfangen.

Nehmen wir an, Ihr Luftschiff hätte das irgendwie$9000$Quadratfuß$(30ft\times 300ft)$der nutzbaren Solar-Kollektorfläche. Das ist ein wirklich großes Luftschiff, nach Ihren Parametern. Das gibt uns herum$850m^2.$

Meine Quelle sagt, dass Norwegen rund empfängt$200\text{kWh}$pro Quadratmeter ... pro Jahr . Also, lassen Sie uns eine wirklich grobe Berechnung anstellen und das ganze Jahr über gleichmäßig aufteilen:

• $200 / 365$ $\approx = 0.55\text{kWh}/m^2$pro Tag Sonneneinstrahlung, vorausgesetzt$100\%$Effizienz.

Die meisten gängigen modernen Solarmodule der haben etwas um sich herum$15\%$Effizienz beim Sammeln von Solarenergie durch fortschrittliche Herstellungsverfahren.

Das bedeutet, dass ein$1m^2$Im Wert von modernen Solarmodulen auf einem norwegenähnlichen Gebiet haben Sie eine Tagesleistung von:

• $0.55 \times 0.15 = 0.0825$ $\text{kWh}$pro Quadratmeter pro Tag.

Performance Ratio berücksichtigt Störungen an den Solarmodulen, wie Staub, Schnee, ein paar Wolken, Leistungsverluste, die durch die interne Struktur der Solarmodule verursacht werden, und ähnliches. Der Standardwert für moderne Solarenergien ist$0.75$. Also unter Berücksichtigung:

• $0.0825 \times 0.75 \approx= 0.062 \text{kWh}$pro Quadratmeter pro Tag. Das sind etwa 62 Wh pro Tag pro$m^2$.

Sie könnten eine Glühbirne etwa eine Stunde lang verwenden!

Statten wir unser Luftschiff also mit einer Tonne Sonnenkollektoren aus.

• $0.062kWh/m^2 \times 850 m^2 = 52.7 \text{kWh}$Wert von Strom auf einer täglichen Basis.

  Wenn Sie eine supereffiziente elektrische Heizung entwickeln, die 1 kWh pro Familie verbraucht (normale Heizungen verbrauchen etwa 1,5 kWh, um einen einzelnen Raum zu heizen), und sie einen ganzen Tag lang eingeschaltet lassen, kann eines dieser Schiffe nur den Wärmebedarf von zwei Häusern decken.

Sie würden mehrere Luftschiffe benötigen, um alle Häuser in Ihrem Dorf bequem mit Strom zu versorgen. Jedes 850 m² große Luftschiff könnte Folgendes antreiben:

• Der tägliche Heizbedarf für 2 Häuser, bzw
• 36 moderne 60w Glühbirnen für einen Tag, bzw
• 42 10-Minuten-Bäder mit einer 7500-W-Dusche oder
• Kochen Sie 20 Mal am Tag alle 30 Minuten Lebensmittel mit einem Elektroofen.

Die meisten Menschen auf der ganzen Welt, die wirklich Wärme brauchen, verwenden eine Art Öl zum Heizen und Kohle oder Gas zum Kochen. Elektrischer Strom ist zwar praktisch, kann aber sehr schnell teuer werden, wenn Sie Ihren Verbrauch nicht im Auge behalten. Ich denke, wenn Sie möchten, dass diese Dinger herumfliegen UND Ihre Häuser mit Strom versorgen, bräuchte jede Familie mindestens ein 850 m² großes Luftschiff.

Außerdem wären Ihre Luftschiffe wirklich schwer. Da Sie kein Holz haben, bräuchten Sie eine Art leichtes Material, um es zu bauen, und eine riesige Menge Kraft, um sie zum Abheben zu bringen. Wenn Sie kein erhitztes Gas wie Helium verwenden, um sie "leichter als Luft" zu machen, können sie nicht wirklich solarbetrieben fliegen. Und wenn sie etwas Benzin haben, um sie leichter zu machen, wären sie sehr, sehr anfällig für Unfälle, und Sie können sie nicht mehr reparieren, da Sie nicht die Ressourcen haben, um sie zu bauen!

Ich möchte mit einigen zusätzlichen Überlegungen etwas mehr zu Ihrem Szenario beitragen:

Die wichtigsten Probleme:

• So weit im Norden, während einer Eiszeit, haben Sie eine Eisdecke. Pflanzen können nicht auf Eisschilden wachsen, da der Boden weit von der Oberfläche entfernt ist.
• Ihre Leute haben kein Holz. Auf einer Eisdecke können keine Bäume wachsen!
• Ihre Leute haben kein Papier. Da Sie keine Bäume haben, es sei denn, sie schreiben direkt in Leder oder Stein, haben sie nicht wirklich etwas, worauf sie schreiben können.
• Sie haben weder Gummi noch einfachen Zugang zu Isoliermaterial, also ... das wäre ein riesiges Problem.
• Alle Ihre Häuser wären eiskalt. Da Sie kein Holz haben, müssten Sie wiederum Häuser aus Stein bauen. Ich habe keine Ahnung, wie sie solche Häuser bauen würden.
• Ihre Leute können nicht wirklich Mineralien abbauen. Sie können fast kein Metall mit solcher Technologie ohne fossile Brennstoffe oder andere Arten von nichtelektrischer Energie bearbeiten. Da Sie kein Metall bearbeiten können, können Sie nicht die Werkzeuge herstellen, die für echten Bergbau benötigt werden.
• Selbst wenn Ihre Leute irgendwann etwas zur Verfügung hatten, um Werkzeuge zu erstellen, müssen Werkzeuge ständig ersetzt werden. Sie brechen, werden stumpf, rosten usw. Knochenwerkzeuge bringen Sie nur so weit, für komplexe Arbeiten benötigen Sie echte Metallwerkzeuge.
• Sie haben keine Art von Stoff zur Verfügung, nur Leder. Selbst wenn Sie Schafe hätten, können Sie sie nicht scheren (fehlende Werkzeuge) oder die Wolle weben (Sie können keine Maschinen zum Weben bauen).
• Sie haben keine Tinten. Da Sie nicht abbauen und nicht wirklich reisen können, können Ihre Leute nicht wirklich färben, es sei denn, Sie haben eine Menge exotischer, bunter Kräuter, die in der extremen Kälte wachsen.
• Essen ist ein Thema. Sie haben im Grunde nur Fleisch zum Essen und können nicht jagen. Ihre Leute können keine Waffen verwenden, da ihnen die Mineralien fehlen, um sie herzustellen, und sie können keine Bögen verwenden, da Sie kein Holz oder anderes geeignetes Material haben. Sie können keine Speere verwenden, um - kein Holz! Karibus sind wirklich schnelle Tiere, und sogar ein Baby-Karibu kann extrem schnell laufen. Wenn Ihre Leute nicht mit Steinmessern und Hinterhaltstatiken jagen, haben Ihre Leute einige Probleme. Eigentlich weiß ich nicht einmal, was Ihr Karibu essen würde, da Sie auf der Oberfläche einer Eisdecke keinerlei Pflanzenmaterial haben können.
• Du hast kein Glas. Selbst wenn Sie tatsächlich Sand haben, können Sie keinen Ofen bauen, um den Sand zu schmelzen und Glas herzustellen. Das bedeutet unter anderem, dass man auch keine Glühbirne mehr herum hat.
• Es ist nicht möglich, mit Ihrer verfügbaren Technologie einen Motor der SolarImpulse-Klasse zu haben. Um einen solchen Motor herzustellen, benötigen Sie die gesamte Technologie, die ihn umgibt – einschließlich hochpräziser, automatisierter Fertigung und fortschrittlicher Elektronik.

Mein Vorschlag an Sie ist, wenn Sie sich wirklich auf Luftschifffahrten konzentrieren wollen, erstellen Sie eine Schlucht-basierte Welt. Auf diese Weise können Sie all die normalen Dinge verwenden – Bäume, fossile Brennstoffe usw., während der Land- und Wassertransport immer noch ausgeschlossen ist. Die Menschen würden auf extrem hohen und extrem steilen Canions leben ( so etwas wie dieses , nur viel höher), also bräuchten sie wirklich Luftschiffe, um sich fortzubewegen, wenn die Canions komplex genug sind. Wenn Sie sie hoch genug erstellen, könnten sie sich auch weit über den Wolken befinden, sodass Sie nicht wirklich sehen können, was sich dort unten befindet.

Nur meine 2 ¢!

Da wir in einer Eiswüste in hohen Breitengraden arbeiten, haben wir das großartige Beispiel der Antarktis, mit dem wir arbeiten können. Im Sommer würden Sie herumkommen$8\space\text{kilowatts per m}^{2}\space\text{per day,}$was beeindruckend ist.

.

Um$0.3\text{ kilowatts per m}^2 \space\text{per hr}$, aufgrund der drei Monate konstanten Lichts bei$75$Grad. Im Winter hätten Sie jedoch fast keine verfügbare Energie: vielleicht$0.5\text{ kilowatt hours per m}^2\text{ a day}.$

Da Sie die Größe angegeben haben ($100-500$ft lang), nehme ich in diesem Bereich ein historisches Exemplar: den Zeppelin LZ 120 Bodensee, bei$396$m lang. Es hatte 4 245-PS-Motoren; das sind etwa 183 Kilowatt. Kombiniert,$732$Kilowatt.

Unter der Annahme einer perfekten Effizienz (die Sie nicht hätten, ist die beste, die wir heute haben$44\%$effizient), bräuchten Sie ca$2200\space m^2$um das Schiff anzutreiben ($732\text{ kW/0.33 kW per m}^2$.). Dies ist größer als die Fläche der Oberseite des Luftschiffs, was bedeutet, dass es sich nicht ständig selbst antreiben könnte. Aber das Luftschiff würde sich nicht immer bewegen, also könnte es den größten Teil des Tages aufladen, wenn es keine Menschen befördert. Ich stelle mir vor, dass so kleine Dörfer nicht viele Fähren brauchen würden. Eine Gesellschaft wie zu Beginn des 20. Jahrhunderts würde nicht zu viel Energie benötigen, sodass das Luftschiff ein paar hundert Kilowatt für das Dorf liefern könnte (also etwa ein Kilowatt pro Person und Tag). Was auch immer der Fall sein mag, Ihre Leute hätten nicht viel zu tun.

Am Ende scheint der Winter ein fast unüberwindbares Hindernis zu sein. Keine Sonne würde alles zum Erliegen bringen.

Dieser Beitrag hat nichts mit Machbarkeit zu tun, aber ich möchte einen Vorschlag machen, wie man diese Welt ein bisschen machbarer machen kann.

Die meisten Kommentare zur Machbarkeit folgen zwei Zeilen: Warum leben diese Menschen in einer so äußerst unwirtlichen Umgebung und wie stellen sie dort Luftschiffkomponenten und fortschrittliche Brennstoffzellen her?

Ich würde erwarten, dass sich die Menschen im Laufe von 2000 Jahren bei ausreichenden Ressourcen über ein paar kleine Dörfer hinaus ausdehnen und sich besser an die Umwelt anpassen als derzeit irgendjemand auf der Erde. Es scheint, dass Menschen einen sehr zwingenden Grund brauchen, um in einer kleinen Bevölkerungsgruppe so weit im Norden zu leben. In einer Welt, die von fossilen Brennstoffen erschöpft ist, gibt es jedoch einen guten Grund, sich in einer Eiszeit nach Nordalaska zu wagen: Öl.

Was wäre, wenn diese Menschen aus weiter südlich gelegenen Regionen hierher geschickt worden wären, die Ölprodukte für die Herstellung ihrer fortschrittlichen Technologie benötigen? Die Luftschiffnomaden könnten Öl ernten, ohne dafür bohren zu müssen, wenn sie Experten darin sind, unter dem Eis vergrabene alte Technologien zu bergen. Ohne Kenntnis der Bohrprozesse konnten sie durch die Gletscher zu den alten Prospektionsstädten abbauen und Öl, Schmiermittel und alles andere Wertvolle aus den alten Ölbohrgeräten sowie Bergungsmaschinen ablassen.

All dies könnte mit ihren Luftschiffen nach Süden geflogen werden, die für kurze Überlandreisen vielleicht nicht so gut sind wie Skier / Kajaks, aber für den Transport großer Warenmengen definitiv überlegen wären, da der Nordozean vollständig vereist ist. Im Gegenzug Für ihre Ölprodukte, die sie selbst nicht nutzen, die aber für die südlichen Industriellen wertvoller sind als Gold, bekommen die Luftschiffnomaden von ihren südlichen Nachbarn Solarpanels, Kondensatoren und andere technische Goodies. Sie selbst haben nicht die Technologie, um solche Dinge herzustellen, da sie sich auf einem viktorianischen Niveau der technologischen Entwicklung befinden, ohne dass die Infrastruktur vorhanden ist, um wirklich viel darüber hinauszugehen, aber sie können einige davon eintauschen.

Es wäre einfacher, so lange Zeit so weit im Norden zu leben, wenn sich Ihre Helden an das raue Leben der Eskimos (auf See, beim Fischen und Jagen) oder der Sami (auf dem Landweg, Karibuherden) anpassen würden.

Der Weg der Eskimos ist flexibler (einfacher in den Süden zu gelangen - aber aus unbekannten Gründen haben sie das nie getan: Als Polarforscher sie trafen, dachten sie, Eskimo seien die einzigen Menschen auf der Erde). Wenn Sie also möchten, dass Ihre Helden festsitzen, setzen Sie sie jenseits der hohen Bergkette und machen die Meerengen um sie herum zu turbulent, um zu gefrieren. Es ist unwahrscheinlich, dass dort eine Pflanze wächst, es ist alles Jagen, Fischen und Sammeln.

Eine gute Energiequelle wäre Robben- und Walspeck. Sie müssen sich des Verhungerns von Kaninchen bewusst sein - wenn die Ernährung nur aus magerem Fleisch besteht - brauchen Sie Fett, und ein angemessener Fettgehalt ist wichtig für die Entwicklung des Gehirns . Ihre Leute werden bei magerem Karibufleisch verhungern. Lachsfischen ist eine weitere gute Idee (wenn Sie nicht aufs Eis gehen wollen, um Robben zu jagen).

Kleine isolierte Gruppen von Menschen laufen Gefahr, Technologie zu verlieren, auch wenn sie sehr primitiv ist. Lesen Sie den Artikel über tasmanische Stammesangehörige , Link dank @Serban Tanasa - darüber, wie 5000 Tasmanier elementare Fähigkeiten wie Fischen und Knochenwerkzeuge verloren haben.

Wenn Sie wirklich über die Berge hinausfliegen möchten, sind Heißluftballons, die mit Speck beheizt werden, die bessere Wahl. Ich bin mir nicht sicher, was ein gutes leichtes Material wäre, um Ballons herzustellen. Vielleicht können Sie einige Fische mit großer Schwimmblase einrichten , mit Methan füllen und damit leichter sein, wenn Sie über Berge gehen.

Übrigens, die hohen Berge im Süden, die deine Helden überqueren müssen, spenden auch riesigen Schatten, was deine Solarenergie noch weniger plausibel macht. Ich sag bloß'.

Ich habe einen Link über einen Teil Kanadas versprochen, der während der letzten Eiszeit NICHT von Gletschern bedeckt war: Cypress Hills - der nördlichste Punkt in Nordamerika, der während der Wisconsin-Eiszeit südlich der kontinentalen Eisschilde blieb.

Es gibt keinen Grund, warum eine Gruppe von entschlossenen und gut ausgerüsteten Forschern während eines Jahrzehnts mit besserem Wetter keinen Pass über die Berge finden konnte. Menschen überqueren den Himalaya. Sogar das Überqueren von Gletschern. Im schlimmsten Fall können sie zu einer Multi-Camp-Kampagne gehen, die meisten Leute schleppen Proviant für den Versuch im nächsten Jahr. Es sollte einige Legenden über ein besseres Leben weiter im Süden geben - Sie können diesen Antrieb anstelle von Solarluftschiffen verwenden, um Ihre Geschichte voranzutreiben.

Weitere interessante Fakten über arktisches Methan

Es kann schwierig sein, metallorientierte Technologie mit so wenig Brennstoff zum Schmelzen aufrechtzuerhalten. Ihre Leute greifen möglicherweise auf Technologien aus dem Kupferzeitalter zurück, wenn sie eine Ader aus 99 % reinem Kupfer wie Old Copper Complex finden – Ihre Leute müssen es nicht schmelzen, also wird kein Brennstoff benötigt, hämmern Sie es einfach in die gewünschte Form.

Komisch, wie Indianer vor 3.000 Jahren die beste Kupfermine der gesamten Bronzezeit aufgegeben haben.