Speichern von 200 TJ Strom für eine schnelle Entladung

Hier ist das Problem, das ich habe.

Ich brauche eine Lösung für folgende Situation. Ich habe einen Science-Fiction-Raumschiffantrieb, der alle 6 Stunden 140 TJ Energie benötigt. Ich habe einen Fusionsreaktor, der in diesem Zeitraum 200 TJ produzieren kann.

Das Problem ist, dass die Reaktoren 10 GW produzieren ... also muss ich diese Ladung irgendwo speichern, wenn sie verwendet wird. Das heißt, ich brauche eine Batterie oder einen vorgeschlagenen "Burst Circuit" ... Ich kann nicht herausfinden, welche die bessere Speichermethode ist.

Ich kann nicht herausfinden, wie ein Burst-Stromkreis funktionieren würde, da es so aussieht, als würde eine 200-TJ-Ladung, die in einer Schleife herumläuft, schrecklich heiß brennen und den Stromkreis schnell zerstören, und auch der schnelle Energieabfall, der dann wieder erhitzt wird, würde ihn ebenfalls beschädigen.

Das Problem mit der Batterielösung ist, dass ich nicht weiß, wie groß die Batterie wäre, und ich bin mir ziemlich sicher, dass eine Batterie nicht so viel Energie auf einmal entladen kann.

Was ist also die bessere Methode oder gibt es eine bessere? Kann der Burst Circuit mit aktueller Technologie durchgeführt werden? Wie groß wäre der Akku?

Warum kannst du den Generator nicht einfach auf Teillast laufen lassen?
Supraleitungs-Technobabble Jeffries-Röhren.
@L.Dutch ist das nicht offensichtlich? Der Generator muss die Energie erzeugen. Es wird nur alle 6 Stunden verwendet.
nein, es ist nicht offensichtlich. Bei allen eingeschalteten Geräten, an denen ich gearbeitet habe, funktioniert die Stromversorgung ständig und schaltet sich nicht alle x Stunden ein.
Sie haben keine TJ-Ladung in einem Stromkreis. Es sitzt dort in einer Batterie oder einem Kondensator.
@L.Dutch Was denkst du, ist es, eine Ladung aufzubauen? Dies ist nur eine wirklich große Gebühr.
Wenn ich frage, weil es nicht klar ist, wie Sie es geschrieben haben
@L.Dutch Ich entwerfe ein Raumschiff. Ich muss die physikalischen Daten der Dinge kennen, damit ich sie in das Schiff packen kann. Ob das eine Batterie oder ein Kondensator oder was auch immer ist. Ich kann keinen Weg finden, um zu dieser Antwort zu gelangen. Ich brauche nicht genau zu wissen, wie es funktioniert, nur die Größe davon. Die Fahrt selbst dauert 6 Stunden, um ein Feld zu erzeugen, das x Zeit andauert und 140 TJ Energie verbraucht.
Wie schnell muss diese Entladung erfolgen? Deutlich unterschiedlich sind die Technologien, wenn es im Laufe einer Minute oder einer Millisekunde entladen werden muss. Beachten Sie jedoch bitte, dass Sie sich für diese Energien buchstäblich in Atombombenreichweite befinden.
Wollen Sie das konkret mit elektrischer Energie? Wenn thermische Energie (dh das Zünden von Sprengstoffen) eine akzeptable Lösung ist, haben Sie eine breitere Palette von Lösungen.
@CortAmmon Es gibt keine festgelegte Entladezeit, die ich habe, aber je schneller, desto besser ... Solange es vernünftig genug ist, kann ich längere Zeiträume per Handwellen-Tech-Fortschritt bewältigen, mehrere Minuten funktionieren aufgrund der nicht Anpassungen zur Verbesserung der Technik erforderlich. Ich brauche es, um elektrische Energie zu sein. Es gibt zwar eine Handwellenmethode, um Wärme aus dem System zu entfernen, da ein Fusionsreaktor Wärme erzeugt, und darum muss man sich kümmern. Und ja, ich weiß, das sind Nuclear Bomb Ranges ^.^ Bomben sind keine akzeptablen Lösungen, lol.
"Die Reaktoren produzieren 10 Gw pro Sekunde" ist aus Sicht der Einheiten nicht sinnvoll (ich gehe hier davon aus , dass Sie GW und nicht Gw gemeint haben; sonst weiß ich nicht, von welcher Einheit Sie sprechen). Das Watt ist ein Maß für die Durchflussrate; 1W = 1 J/s (Joule pro Sekunde). Multipliziert mit einer Zeiteinheit wird sie zu einem Maß für die Energiemenge innerhalb eines Systems; Beispielsweise sind 1.000 Wh (1 kWh) 1.000 J/s multipliziert mit 3.600 Sekunden (1 Stunde) oder 3.600.000 J (oder 3,6 MJ, wenn Sie diese Schreibweise bevorzugen). Bitte achten Sie darauf, Ihre Einheiten richtig einzustellen, oder Sie werden das Eintauchen für viele Leute völlig ruinieren.
@MichaelKjörling Ich habe 10 GW pro Sekunde geschrieben, um klar zu machen, was ich meinte, weil das nicht jeder weiß. Ich benutze Wh nicht, weil es mich verwirrt, wie ich es genau schreiben soll, und es ist imo eine schlechte Maßeinheit.
1 Wh = 3600 J, keine Leistungsrate

Antworten (2)

Speichern von 200 TJ Strom für eine schnelle Entladung

Batterien speichern Energie, Kondensatoren auch.

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

Herkömmliche Kondensatoren liefern weniger als 360 Joule pro Kilogramm spezifische Energie, während eine herkömmliche Alkalibatterie eine Dichte von 590 kJ/kg hat. Es gibt eine Zwischenlösung: Superkondensatoren, die Ladung viel schneller aufnehmen und abgeben können als Batterien und viel mehr Lade- und Entladezyklen tolerieren als wiederaufladbare Batterien.

Daher benötigen Sie einen Satz Superkondensatoren, um die Ladung zu speichern und sie bei Bedarf zu entladen.

Ich kann nicht herausfinden, wie ein Burst-Stromkreis funktionieren würde, da es so aussieht, als würde eine 200-TJ-Ladung, die in einer Schleife herumläuft, schrecklich heiß brennen und den Stromkreis schnell zerstören, und auch der schnelle Energieabfall, der dann wieder erhitzt wird, würde ihn ebenfalls beschädigen.

Ohne den Begriff zu verwenden, beschreibst du einen Kurzschluss, und sie sind immer schlecht . Das willst du nie.

Aber Sie brauchen die Superkondensatoren immer noch, um sich schnell zu entladen, ohne die Drähte zu verbrennen. Sie brauchen also Supraleiter.

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

Supraleitung ist ein Phänomen von genau Null elektrischem Widerstand und Ausstoß von magnetischen Flussfeldern, die in bestimmten Materialien, sogenannten Supraleitern, auftreten, wenn sie unter eine charakteristische kritische Temperatur abgekühlt werden.

Somit keine Erwärmung oder Zerstörung Ihrer Infrastruktur.

Da es jedoch schwierig ist, Temperaturen unter 30 K aufrechtzuerhalten, benötigen Sie Hochtemperatur-Supraleiter.

https://en.wikipedia.org/wiki/High-temperature_superconductivity

Während "normale" oder metallische Supraleiter normalerweise Übergangstemperaturen (Temperaturen, unter denen sie supraleitend sind) unter 30 K (–243,2 ° C) haben und mit flüssigem Helium gekühlt werden müssen, um Supraleitung zu erreichen, wurden HTS mit Übergangstemperaturen als beobachtet bis zu 138 K (–135 ° C) und kann mit flüssigem Stickstoff auf Supraleitung gekühlt werden.

Während 138K immer noch verdammt kalt ist, ist es machbar. Da Sie Fusionsreaktoren und Raumschiffe haben, werden Sie vermutlich auch echte Hochtemperatur-Supraleiter entwickelt haben.

Jetzt steht alles fest:

  1. Fusionsreaktor angeschlossen ist
  2. Hochtemperatur-Supraleiter (große, schicke Drähte), in die Strom eingespeist wird
  3. eine riesige Auswahl an Superkondensatoren. Wenn diese 200 TJ benötigt werden,
  4. Strom fließt durch Hochtemperatur-Supraleiter auf der „Ausgangs“-Seite der Superkondensatoren,
  5. direkt in Ihr Sci-Fi-Raumschiff-Laufwerk.

Einfach, wirklich.

Ihre Antwort ist jetzt viel besser. Der Grund, warum Ihre Antwort abgelehnt wurde, war der Mangel an Klärung. Sie haben Dinge aufgenommen, die wir noch nicht haben, technologisch (Raumtemperatur-Supraleiter) und nur gesagt, dass wir das mit Technobabble handwinken sollen. Supraleiter und -kondensatoren sind nichts, was jemand, der eine solche Frage stellt, nicht wissen würde, aber Antworten sollten eigenständig sein und nicht erfordern, dass die Menschen Informationen an anderer Stelle einholen, um ihrer Logik zu folgen.
@ArtificialSoul " und nicht verlangen, dass die Leute Informationen woanders einholen, um ihrer Logik zu folgen. " Wo hört es aber auf? Erkläre ich auch, was Drähte, Schaltkreise und Elektrizität sind?
Übertreibe nicht und denke darüber nach. Die Idee ist, dass nicht jeder diese Frage gestellt hat, aber vielleicht finden es einige trotzdem interessant. Wenn jemand nicht weiß, was Elektrizität ist, versteht er die Frage nicht einmal. Wenn Ihre Antwort jedoch mehr Wissen erfordert als die Frage selbst, müssen Sie zumindest beschreiben, was an einem "Raumtemperatur-Supraleiter" in Ihrer ursprünglichen Antwort so besonders ist.
@RonJohn, das ist ein interessanter Punkt, vielleicht einen eigenen Beitrag in Meta wert.
Uneinigkeit! Kurzschlüsse sind nicht immer schlecht. Sie sind zum Beispiel in Heizelementen genau das Richtige. (Entschuldigung, aber ich konnte nicht widerstehen, das zu sagen)
@Rafael-Heizelemente sind keine Kurzschlüsse, da Kurzschlüsse per Definition unbeabsichtigte Pfade mit geringer Impedanz sind, während Heizelemente beabsichtigte Pfade mit viel Widerstand sind.
@RonJohn, Heizelemente haben normalerweise niedrige Widerstände, da bei hohen Widerständen wenig Strom fließt, was zu einer geringen Erwärmung führt. In jedem Fall sind sie immer noch "Kurzschlüsse" in dem Sinne, dass der Stromkreis "kurz" ist.
@Rafael "hoch" und "niedrig" sind relativ. In einem Badezimmer (oder einer Küche) zum Beispiel ist der Widerstand im Nichrom-Heizelement viel höher als der Widerstand in den elektrischen Kupferdrähten. Sonst würde die Heizung nicht heizen!!

Aus Ihren Kommentaren geht hervor: "Ich habe keine festgelegte Entlassungsfrist." Das bedeutet im Grunde, dass wir keine Lösung anbieten können. Es ist das elektrotechnische Äquivalent zu "Ich möchte ein Fahrzeug, das sich schnell bewegt, aber es ist mir egal, wie schnell." Die beste Fahrzeugauswahl variiert stark von Dreirädern bis hin zu SR-71 und Space Shuttles.

Ich kann darauf hinweisen, dass Ihre Technologie im Allgemeinen umso bequemer ist, je langsamer Sie die Entladung zulassen. Dinge, die sich in einer Millisekunde entladen können, speichern tendenziell weniger Energie pro kg (spezifische Energie) und weniger Energie pro Kubikmeter (Energiedichte).

Drei Technologien, die auf Ihrer Liste stehen könnten (Energiedichtezahlen von dieser Wikipedia-Seite ):

  • Folienkondensatoren - Dies sind schnelle Entladungen (Mikrosekunden bis Nanosekunden). Sie sind jedoch sehr schlecht, wenn es um die Energiedichte geht. Es gibt buchstäblich einen Unterschied von Größenordnungen zwischen verschiedenen Filmkondensatoren, aber sie liegen irgendwo um 10 J / kg
  • Große Elektrolytkondensatoren - Dies sind langsamere Entladungen, da sie sich erwärmen und ihren Elektrolyten zum Kochen bringen können. Es gibt wieder einmal buchstäblich Unterschiede zwischen den verschiedenen Produkten um Größenordnungen, aber wenn Sie sich an Entladungen im Mikrosekunden- bis Millisekundenbereich halten, geht es Ihnen wahrscheinlich gut. Die Energiedichte liegt bei etwa 200 J/kg
  • Superkondensatoren - Wieder einmal langsamere Entladung, aber effizienter. Die spezifische Leistung eines Superkondensators ist geringer als die eines Elektrolytkondensators, sodass er sich nicht so schnell entladen kann. Seine Energiedichte springt jedoch auf 10-40 kJ/kg
  • Batterien - Batterien entladen sich noch langsamer, springen aber auf 170 kJ/kg (Bleisäure). Die höchste Batterie auf meiner Liste ist eine Lithium-Metall-Batterie mit 1,8 MJ/kg

Was Sie hier beachten sollten, ist, dass alle diese Zahlen klein sind. Selbst wenn Sie den dichtesten Energiespeicher auf der Liste verwenden, Batterien, sprechen Sie von 70 Millionen kg Batterien. Das ist ungefähr die Masse eines Flugzeugträgers der Nimitz-Klasse.

Sie haben nicht angegeben, wie groß Ihr Raumschiff war.

Sie könnten versuchen, Ihre Energie in einer supraleitenden Schleife zu speichern. Wenn du das tätest, gäbe es keinen Widerstand. Es besteht jedoch immer eine endliche Chance, dass irgendein Abschnitt der Schleife resistiv wird. Je mehr Energie Sie in die Schleife stecken, desto höher das Risiko. Wenn irgendein Abschnitt resistiv wird, heizt er schnell den nahe gelegenen Bereich auf und es tritt ein "Quench" auf, bei dem die gesamte Energie sofort abgeführt wird. Damit beschäftigen sie sich in Teilchenbeschleunigern. Wie ich es beschrieben habe, müssen sie ein Gleichgewicht finden. Quench zu oft an einem Tag, und Sie werden nicht genug Arbeit erledigen. Gehen Sie auf Nummer sicher, verwenden Sie niedrige Energien und haben Sie keine Quenchs, und die Ergebnisse sind nicht interessant genug, um die enormen Kosten des Colliders zu rechtfertigen. Sie müssen die richtige Balance finden.

Leider habe ich keine Zahlen, um vorherzusagen, wie viel Energie Sie vernünftigerweise in einer dieser Schleifen speichern könnten. Ich habe jedoch Statistiken für den LHC . Die Schaltkreise, die die Magnete im LHC antreiben, haben etwa 10 GJ Energie (ein kleiner Bruchteil dessen, was Sie brauchen, aber nichtsdestoweniger nützlich). Wenn ein Quench auftritt (typischerweise aufgrund von Streuungen im Strahl, aber manchmal aufgrund zufälliger Effekte in den Magneten), dauert es etwa 2 Minuten, um die gesamte Energie in einen Stahlblock zu leiten – er erhitzt etwa 8 Tonnen Stahl 300 Grad in diesen zwei Minuten.

1 Minute oder weniger Entladezeit, würde ich sagen. Dies wird schließlich für Düsenjäger wie Fahrzeuge verwendet werden (mit besseren Antriebsmaterialien). Das Schiff muss einen Durchmesser von 20 Metern haben, obwohl das aktuelle Design die "Batterie" auf etwa 4 x 4 x 4 Meter begrenzen würde. Ich hatte eine Idee ... Könnten Sie einen magnetischen Aufbau und einen Laserstrahl (Sie kennen einen, der für Elektrizität verwendet wird) verwenden, um ihn einzufangen und zu halten?
@Durakken Meine ehrliche Empfehlung ist, es mit der Hand zu winken. 140 TJ in einem 4 x 4 x 4 m großen Würfel sind eine Energiedichte von knapp über 2000 MJ/L. Das ist ungefähr 50-mal dichter als das dichteste nicht-nukleare Speichergerät, das auf Wikipedia aufgeführt ist. Sie sind einfach so weit über das hinaus, was mit den heutigen Technologien möglich ist, dass es sehr vernünftig ist, es "Magie" zu nennen. Sie sprechen davon, buchstäblich 10.000 Mal so viel Energie zu speichern wie sie im LHC speichern, der 4 x 4 x 26.700 Meter groß ist.
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