Ferne Zukunft, Weltraum. Plausibelster Weg, kurzfristig Energie zu speichern?

Bitte gehen Sie von folgendem aus:

Ein Raumschiff in der fernen Zukunft.

Leistung: Die Schiffssysteme haben einen hohen Grundbedarf an Energie und manchmal benötigen Sie extreme Energiemengen in sehr kurzer Zeit.

Input: Ein fortschrittlicher Fusionsreaktor wird verwendet, um Basisleistung bereitzustellen. Es gibt eine Reihe von „Injektionen“ in das System, einige davon plötzliche, extreme Energiespitzen, andere geringfügig und sanft steigend/fallend.

Wie lässt sich Energie am besten speichern und für die nötige Flexibilität sorgen?

Wie immer: Gehen Sie von Zukunftstechnologie aus, ich akzeptiere plausible Handwellen, aber halten Sie sie bitte so gering wie möglich.

Kein Duplikat , aber thematisch verwandt.
Danke. Ich habe diesen Thread bereits durchgelesen, weil er auftauchte, als ich die Frage erstellte. Der Hauptunterschied scheint hier "ferne Zukunft" zu sein.
Das erinnert mich nur an die Elektrolytkondensatoren, die wir verwenden, um Leistungsschwankungen in der Elektronik auszugleichen. Es überrascht nicht, dass die Hälfte der bisherigen Antworten Kondensatoren empfehlen: P. Sie erklären jedoch nicht, was "Energie" ist, also nehme ich an, dass Sie es entweder mit der Hand winken oder noch nicht entschieden haben, was es ist. Ein kapazitiver Mechanismus ist definitiv das, was Sie brauchen, elektrisch oder nicht, aber wenn Ihr Schiff elektrische Energie verwendet, haben Sie bereits viele technische Dinge herausgefunden.
Ja, ich rede hier von elektrischer Energie. Es scheint am einfachsten zu handhaben und zu lagern, oder?
@openend Grundsätzlich ja, Strom hat den Vorteil, dass man einen Energiespeicher ohne bewegliche Teile herstellen kann. Es funktioniert auch gut mit einem auf Fusion basierenden Reaktor, da wir einige Entwürfe vorgeschlagen haben, die direkt Strom erzeugen, anstatt Wärme zu erzeugen, die dann in Strom umgewandelt wird. Derzeit haben wir nicht die Möglichkeit, Strom nach seiner Erzeugung mit so viel Dichte wie die meisten Brennstoffe zu speichern, aber wenn Ihr Speichergerät genügend Energiedichte aufbringen und mit hohen Strömen umgehen kann (siehe Supraleiter und Kühlkörper), dann sollten Sie es sein gut mit Strom.
@openend Abhängig von Ihren Story-Bedürfnissen haben Sie jedoch möglicherweise genug Platz, um Ihren Energiebedarf mit der Leistung des Reaktors zu verknüpfen. Mit anderen Worten, anstatt Strom zu speichern (was vor allem nützlich ist, um die Leistung zu glätten), könnten Sie ein System haben, das ihm mehr Kraftstoff zuführt, um die Leistung nach Bedarf zu erhöhen und die Leistung des Reaktors später zu senken, wenn es muss nicht so viel Strom erzeugen. Ein System zum Glätten der Ausgabe wäre in beiden Fällen ratsam, aber im letzteren Fall benötigen Sie keine großen Speichermengen und vielleicht könnten Sie Ihren Reaktor sogar "übertakten".

Antworten (7)

Wir präsentieren das neueste Produkt von Nikola Industries, die WhoNeedsOil Power Cell. Diese kompakte Energiespeicherlösung mit geringer Masse ist mit allen Mark-9-Fusionsreaktoren* kompatibel und verwendet einen supraleitenden Draht, der auf unterkühlte 0,1 K gekühlt wird, um Energie in einem Magnetfeld zu speichern , für diese zusätzlichen kleinen Energieschubs.

Keine Angst, wenn Sie längerfristig etwas mehr brauchen, das WhoNeedsOil kann Energie praktisch unbegrenzt speichern*. Mit einem Wirkungsgrad von bis zu 95 % ist diese Technologie marktführend*. Wenden Sie sich daher noch heute an Nikola Industries, um ein Angebot zu erhalten, oder schauen Sie alternativ in unserem Ausstellungsraum im Werk vorbei, 48°51′29.6″N 2°17′40.2″E Alpha_Centauri_Bc.

*Geschäftsbedingungen gelten. Leistung im Vergleich zu Schwungrad-Energiespeicherlösungen der 3. Generation in vergleichbarer Preisklasse, wenn sie von einem Nikola-bewerteten Techniker installiert werden. Unsachgemäße Installation oder Wartung kann zu geringfügigen Todesfällen führen.

Supraleitendes Unobtainium bei Raumtemperatur ist eine ziemliche Handwelle.
@ Mazura 0,1 K ist nicht das, was ich als Raumtemperatur betrachten würde.
Moderne Supraleiter liegen entweder im Sub-30K-Bereich (Niedertemperatur-Supraleiter) oder im Sub-138K-Bereich (Hochtemperatur-Supraleiter). FYI, Raumtemperatur ist 293 K, K ist Kelvin. Es ist tatsächlich wahrscheinlicher, dass der Supraleiter eine höhere Temperatur hat (da das Kühlen ziemlich viel Energie kostet) und im Moment können wir sie mit flüssigem Stickstoff kühlen.
Eilmeldung: Produkte von Nikola Industries töten speziell Kinder.
Wenn es genug Energie speichert, um einen Fusionsreaktor sinnvoll zu puffern, möchte ich nicht in seiner Nähe sein, wenn es löscht .
Danke @MadHatter. Das ist hervorragendes Handlungsmaterial. Wenn ich es richtig verstanden habe, wäre es möglich, meine Speichermatrizen zu „überladen“?.
Mein Verständnis ist, dass Supraleiter sowohl eine kritische Temperatur (über der sie einen Widerstand haben) als auch eine kritische Stromdichte (über der sie auch versagen) besitzen, also ja, das können Sie, und es macht ein ziemliches Durcheinander. Der Quench-Vorfall im Jahr 2008 am LHC riss Magnete, die (glaube ich) viele Tonnen wogen, aus den Schrauben, die sie am Betonboden hielten, und entlud obendrein etwa sechs Tonnen flüssiges Helium.
Oh, mein Fehler. Die Handwelle ist im Kühlsystem. Aber wir sind im Weltraum, also schätze ich, dass das fliegt, wenn man schnell genug mit den Armen wedelt.
@Mazura, da musst du ziemlich hart flattern, der Weltraum ist ein geradezu schrecklicher Chiller. Mein Verständnis ist, dass Sie einen Tunnelübergangskühler verwenden müssen, um Dinge auf den Sub-1K-Bereich zu kühlen. Sie können damit größere Strukturen kühlen als mit einer Laserfalle, aber sie sind immer noch sehr klein.
Supraleitende Schleifen möchten sich ausdehnen (auch bekannt als radial explodieren), daher benötigen Sie etwas Hartes, um sie in einem Stück zu halten. Somit ist man letztlich auf Materialhärte und damit auf chemische Bindungsenergie beschränkt. Sie erhalten also keine viel höhere Energiedichte als bei chemischen Reaktionen - was für Batterien immer noch absolut spektakulär ist! 20 oder 50 MJ/kg wären angemessen.

Superkondensatoren ist meine Antwort an Sie. Ein Superkondensator ist im Wesentlichen eine große Batterie, die in kurzer Zeit viel Energie entlädt (oder zumindest entladen kann). Sie werden zur kurzfristigen Energiespeicherung oder zur Bereitstellung massiver Energiestöße verwendet.

Ein Beispiel für den Burst-Modus ist KERS bei Rennwagen. Sie können Superkondensatoren verwenden, um Energie beim Bremsen zu speichern und diese Energie für die nächste Gerade zu behalten, wenn Sie einen Geschwindigkeitsschub benötigen.

Heutige Superkondensatoren haben jedoch eine sehr schlechte Energiedichte - um die Energie einer einzigen Tankfüllung Benzin zu halten, bräuchte man einen ~50-Tonnen-Superkondensator, und ich stelle mir vor, dass der Fusionsreaktor mehr Energie erzeugen würde. (Der High-Beta-Fusionsreaktor von Lockheed Martin aus dem Jahr 2017 soll 100 MW produzieren, was den 50-Tonnen-Superkondensator in Sekunden füllen würde; wahrscheinlich ist der Fusionsreaktor des Raumschiffs der fernen Zukunft besser.)
@Charles Vermutlich könnte zukünftige Technologie dieses Problem lösen.
Ich glaube nicht, dass das eine Lösung ist. Superkondensatoren werden besser, aber auch Fusionsreaktoren und der Energiebedarf. Natürlich können wir sie einfach mit der Hand bewegen, um die anderen beiden weit zu überflügeln, aber an diesem Punkt haben wir nur Unobtanium.
Was ist mit der Verwendung von Supercaps für Bedarfsspitzen und der dichten Energiespeicherung in sehr großen Schwungrädern? Sie haben einfachen Zugang zum Vakuum, daher ist der Luftwiderstand kein Problem, und ein ausgefallenes Schmiermittel mit Kohlenstoffstruktur (C60, irgendjemand?) Sollte gut ausreichen, um die Gleitreibung zu bekämpfen.
@realityChemist Schwungräder speichern mechanische Energie. Ich weiß nicht wirklich, wie effizient das System wäre, da man Energie in mechanische Energie und wieder in Elektrizität umwandeln müsste.
@AmiralPatate Wir tun es heute für die Notstromversorgung von Systemen, in denen Supercaps unpraktisch wären (Schwungrad-USV), und genau für den Zweck, den OP sucht: Befriedigung des Spitzenenergiebedarfs über das hinaus, was das Basissystem bewältigen kann. Heute sind sie ungefähr dreimal so energiedicht nach Masse (wahrscheinlich deutlich mehr nach Volumen) wie Superkondensatoren, aber wer weiß, was in Zukunft besser sein wird. Sie können sich jedoch nicht so schnell entladen wie Supercaps.

Wenn Antimaterie vorhanden ist, verwenden Sie diese, sonst einen supraleitenden Kondensator

Die absolute Energiespeicherung, die innerhalb der Gesetze der Physik, wie wir sie kennen, möglich ist, liegt in Form von Antimaterie vor. Dies beruht auf der vollständigen Umwandlung von Materie in Energie und mit der Riesenkonstante c in

E = m c 2

dies ergibt einen sehr effizienten Energiespeichermechanismus. Die Verwendung von Antimaterie führt jedoch zu einigen kniffligen Erstellungs- und Eindämmungsproblemen, die möglicherweise gelöst wurden. Eine der größten Herausforderungen besteht darin, wie Sie absolut sicherstellen können, dass die Antimaterie niemals normale Materie berührt, bis Sie es wollen? Wenn Sie diese Herausforderung nicht lösen, bleibt Ihnen eine sich schnell ausdehnende Wolke aus überhitztem Gas zurück, die früher Ihr Schiff war. Sie müssen entscheiden, ob Ihre Technologie fortgeschritten genug ist, um diese Herausforderungen zu bewältigen.

Der supraleitende Superkondensator

Dies ist der plausiblere Ansatz, da wir in den nächsten 50 Jahren möglicherweise in der Lage sein werden, so etwas zu tun. Supraleiter machen mit Elektrizität und Magnetismus bei sehr niedrigen Temperaturen seltsame Dinge, vor allem ein sehr geringer Widerstand gegen Stromfluss. Sie benötigen diese extrem niedrigen Widerstandswerte, wenn Sie den Kondensator mit maximalen Entladeraten entladen.

Sie benötigen die folgende fortschrittliche Technologie, um diese Superkondensatoren herzustellen:

  • Ultrahochohmige Dialektik. Je besser man eine Dialektik bekommt, desto mehr Leistung kann man in den Kondensator packen
  • Hochtemperatur-Supraleiter. Wenn man die Wahl zwischen den Kühlanforderungen von 4 Kelvin oder 138 K hat, damit die Supraleiter funktionieren, wird der kluge Konstrukteur den Hochtemperatur-Supraleiter wählen.

Achten Sie darauf, dass Ihr Dialekt bei niedrigen Temperaturen nicht zum Supraleiter wird. Das wäre schlecht.

Wenn Ihr ehemaliges Schiff doch nur eine Gaswolke wäre. Wahrscheinlicher wird es eine Suppe aus subatomaren Teilchen sein. Sie könnten sogar mit einem schwarzen Loch enden .
Wozu braucht man Hochtemperatur-Supraleiter? Sind Supraleiter nicht durch Nullwiderstand definiert? Wenn ja, wie könnte sich der „Widerstand metallischer Komponenten des Supraleiters ausreichend erwärmen“?
Tolles Konzept mit Antimaterie als Energiespeicher! Ich frage mich, ob es möglich ist, es zur sicheren Aufbewahrung in den Orbit zu bringen. Der erste Gedanke ist: "Warte, was ist, wenn es irgendwie deorbitiert?" - Am Ende würde eine schreckliche Bombe vom Himmel fallen! Ich bin mir nicht sicher, ob eine unerwartete Deorbit mehr oder weniger wahrscheinlich ist als ein schrecklicher Unfall auf der Erde (wo normale Materie reichlich vorhanden ist). Zumindest auf der Erde hättest du ein Mitspracherecht darüber, WO genau dieser schreckliche Unfall passieren könnte.
(Fortsetzung...) Vielleicht könnten Sie es als umlaufende "Wolke" aus Antimater speichern? Wenn es dann herunterfällt, werden seine Auswirkungen über einen viel größeren Bereich verteilt, und es besteht keine Notwendigkeit, einen komplexen Behälter für normale Materie zu entwerfen, um es darin zu lagern. Dann könnten Sie in den Orbit aufsteigen und mit einem Magnet etwas Antimaterie aus der Wolke sammeln. net" und nehmen Sie Ihre Ladung bequem nach Hause.
@loneboat Das OP sagt nichts über die Art des Raumschiffs oder wo es sich befindet. Jede Antwort, die ich gebe, wäre wilde Spekulation.
@PhilFrost Danke für den Hinweis. Ich habe meine Antwort korrigiert.
@Green: Ich bin ein Idiot - ich hatte zwei Registerkarten geöffnet und dachte, Ihre Antwort wäre diese: worldbuilding.stackexchange.com/questions/23118/… . Ich dachte, Ihre Antwort beziehe sich auf die Speicherung von Energie AUF (oder in der Nähe) der ERDE.

Sie können Energie mit Rotationsenergie in einem Schwungrad-Energiespeichergerät speichern .

Schwungradspeicher

Diese speichern Energie, indem sie mithilfe eines Motors ein Schwungrad in einer vakuumversiegelten Box drehen, wobei das Schwungrad an Magnetlagern aufgehängt ist. Um es aufzuladen, wird Strom in den Motor geleitet und dreht das Schwungrad hoch. Wenn es an der Zeit ist, Ihre teuren Schiffssysteme (FTL-Antrieb, riesige Railgun usw.) mit Strom zu versorgen, schließen Sie den Motor als Lichtmaschine oder Dynamo an und schöpfen Energie aus dem Drehimpuls.

Die positive Seite davon ist, dass es sich um aktuelle Technologie handelt. Für Ihr Basismodell ist kein Handschwenken erforderlich! Sie interagieren auch gut mit handschwenkbaren Wundermaterialien, die eine höhere Zugfestigkeit aufweisen, wodurch mehr Energie gespeichert werden kann.

Verwenden Sie für zusätzlichen Spaß supraleitende Lager, um die Reibung weiter zu reduzieren und die Effizienz zu steigern!

Aber wie bewältigen Schwungräder plötzliche enorme Energiespitzen? Ich hatte den Eindruck, dass Schwungräder eine ähnliche Zeit zum Hoch- oder Herunterdrehen benötigen, während das OP nach etwas zu suchen scheint, das im Laufe der Zeit langsam "aufgeladen" und bei Bedarf schnell "entladen" werden kann.
@MichaelKjörling Tatsächlich werden Schwungräder bereits für genau diesen Zweck verwendet, siehe den verlinkten Wikipedia-Artikel. Da ähnliche Vorrichtungen – Reaktionsräder – bereits häufig (in Satelliten) verwendet werden, scheinen Schwungräder ein logischer nächster Schritt zu sein.
@DanielJour Hm, vielleicht habe ich damals Schwungräder und Reaktionsräder verwechselt.

Bewahren Sie es nicht auf; verschiebe es . Wenn Sie schon dabei sind, gehen Sie groß oder gehen Sie nach Hause.

Energie speichern ist gefährlich: Schon mal Star Trek gesehen? Es wäre besser, wenn es rangiert würde, wenn es nicht verlangt wird. Überdimensionieren Sie Ihren Reaktor, um genug Energie liefern zu können, um jede erdenkliche Aufgabe zu erfüllen. Geben Sie ihm dann eine vierfache Sicherheitsmarge. Dann stellt sich die Frage, wie man 1,21 Gigawatt shuntet, wenn „Blow it out the top“ ( Quora ) nicht machbar ist?

Alle guten Kriegsschiffe sind in der Lage, ihre benötigte Energie nach Bedarf zu produzieren . So sehr, dass sie kleine Städte mit Notstrom versorgen können, wenn sie wollen: „USS Lexington beliefert Tacoma mit Strom“ – historylink.org

Wie man diese Energie umleitet, ist wirklich ein Problem, wenn man sich im Weltraum befindet und eine konvektive Herzübertragung nicht möglich ist, außer in die Luft, in der Ihre Menschen leben

Atombatterien

Die gewählte Antwort ist in der Tat realistisch gesehen die beste. Supraleitende Magnetbatterien ermöglichen die theoretisch dichteste Energiespeicherung für elektrische Energie, die nur durch die chemische Bindungskraft von Atomen begrenzt wird, um zu verhindern, dass sie von Lorentz-Kräften wegfliegt. Mit so etwas wie aggregierten Diamant-Nanostäbchen können Sie leicht Energiedichten von 20 MJ/kg erreichen. Und obwohl es im Vergleich zu beispielsweise Benzin (eigentlich einer der energiedichtesten Kraftstoffe) nicht so beeindruckend aussieht, denken Sie daran, dass Benzin + Sauerstoff nicht so beeindruckend ist, dass Sie so schnell extrahieren können, wie Sie möchten. Sie brauchen keinen sperrigen Motor, um diese Energie zu extrahieren, und dieser sperrige Motor wäre ohnehin bestenfalls zu 50% effizient.

Hochtemperatur-Hochleistungs-Supraleiter sind nicht so groß wie eine Handwelle, noch nicht einmal Raumtemperatur für Far-Future-Technologie, wenn Sie sich nicht mit kryogenen Geräten herumschlagen wollen.

Außerdem wird es seine gesamte gespeicherte Energie in Wärme umwandeln (auch bekannt als heftige Explosion), wenn es beschädigt, zu stark erhitzt oder überlastet wird, was immer gut für die SF-Technologie ist. Man kann es auch supersolenoid nennen, was für nettes Technobabble sorgt.

Aber das ist nicht genug! (Schließlich ist es das nie.) Wir sprechen über Technologie der fernen Zukunft! Wir wollen nicht durch schwache Atombindungen eingeschränkt werden!

Wenn Sie mit einer größeren Handwelle einverstanden sind und mehr Power wollen! Bei der Lagerung können Sie sich für Kernisomere entscheiden . Ein Kernisomer ist ein ansonsten stabiler Atomkern, der sich in einem angeregten Zustand befindet. Irgendwann wird es zerfallen, aber im Gegensatz zu Dingen wie dem Beta-Zerfall wird es nur einen Gammastrahl aussenden - und der Prozess ist (theoretisch) reversibel. Und ein angeregtes Kernisomer enthält viel Energie. Wie mehr als eine Million MJ/kg. Setzen Sie einfach Ihre Gammavoltaikzellen der fernen Zukunft ein, um diese Gammastrahlen in Elektrizität umzuwandeln, und schon ist alles in Ordnung.

Das Problem ist, dass Isomere in zwei Kategorien eingeteilt werden: die „kaum existierenden“, die sich in einer Nanosekunde umwandeln, und die „fast stabilen“ mit einer unpraktisch langen Halbwertszeit. Ersteres zu stabilisieren ist wahrscheinlich unmöglich – aber wäre es nicht schön, wenn wir letzteres dazu bringen könnten, umzukehren und dieses süße, süße, hochenergetische Photon zu emittieren?

Einige Leute gaben vor, es mit Hafnium-Isomeren geschafft zu haben, indem sie sie mit Röntgenstrahlen besprühten. Leider wurde dies seitdem diskreditiert. Hafnium-Batterien haben seitdem den Weg des Dean-Antriebs, des Wassermotors und des EMDrive gegangen. Seufzen.

Aber warten Sie, nicht alle Hoffnung ist verloren! Im Gegensatz zu diesen wurde die Hafnium-Batterie von niemandem mit einem Minimum an physikalischen Kenntnissen von der Hand gewiesen, weil sie hätte funktionieren können ! Das bedeutet, dass es möglicherweise andere Methoden gibt, die über die aktuelle Technologie hinausgehen und tatsächlich funktionieren. Vielleicht mit einem exotischen Teilchen, das einen brandneuen Teilchenbeschleunigertyp erfordert.

Der Punkt ist, dass Hafnium-Batterien heute zwar Quatsch sind, aber immer noch als Technologie der fernen Zukunft glaubwürdig sind.

Es stellt sich auch die Frage nach der Herstellung dieser Hafnium-Isomere, aber wenn Sie Abregung induzieren können, sollten Sie auch wissen, wie man Erregung induziert.

Hafnium-Isomere haben eine Halbwertszeit von 31 Jahren, was für die kurzfristige Energiespeicherung in Ordnung ist. Wenn Sie viel länger brauchen, können Sie stattdessen Tantal-Isomere verwenden. Mit 40 000 MJ/kg statt einer Million sind sie nicht annähernd so dicht (aber immer noch viel besser als Supersolenoid-Batterien), aber ihre Halbwertszeit ist viel, viel länger als das Alter des Universums.

Diese Tabellen können für den Vergleich der Speicherdichten nützlich sein, was hier eines der Hauptkriterien ist.

Komprimiertes Gas.

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

Compressed Air Energy Storage (CAES) ist eine Möglichkeit, Energie zu speichern, die zu einem Zeitpunkt erzeugt wird, um sie zu einem anderen Zeitpunkt unter Verwendung von Druckluft zu verwenden. Auf Versorgungsebene kann Energie, die in Zeiten mit geringem Energiebedarf (Nebenspitzen) erzeugt wird, freigesetzt werden, um Zeiten mit höherem Bedarf (Spitzenlast) zu decken.[1] Dies ist besonders wichtig in einer Zeit, in der intermittierende erneuerbare Energiequellen wie Wind- und Solarenergie immer wichtigere Energiequellen werden. CAES-Systeme können entscheidend dazu beitragen, dass der Strombedarf zu Spitzenzeiten gedeckt werden kann.

Statt Luft könnte man natürlich auch Wasserstoff komprimieren. Auch im Weltall will Wasserstoff ein Gas sein. Wasserstoff könnte auch aus anderen Gründen praktisch sein.

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