Almacenamiento de 200TJ de electricidad para descarga rápida

Aquí está el problema que estoy teniendo.

Necesito una solución para la siguiente situación. Tengo una unidad de nave estelar de ciencia ficción que necesita 140 TJ de energía cada 6 horas. Tengo un reactor de fusión que puede producir 200TJ en ese período de tiempo.

El problema es que los reactores producen 10 GW... así que necesito almacenar esta carga en algún lugar para cuando se use. Eso significa que necesito una batería o un "circuito de ráfaga" sugerido... No puedo averiguar cuál es el mejor método de almacenamiento.

No puedo entender cómo funcionaría un circuito de ráfaga, ya que parece que una carga de 200TJ dando vueltas en un bucle se quemaría terriblemente y destruiría el circuito rápidamente y también la rápida caída de energía luego recalentada también lo dañaría.

El problema con la solución de la batería es que no sé qué tan grande sería la batería, y estoy bastante seguro de que una batería no puede descargar tanta energía a la vez.

Entonces, ¿cuál es el mejor método o hay uno mejor? ¿Se puede hacer el circuito de ráfaga con la tecnología actual? Cuanto seria la bateria?

¿Por qué no puede simplemente hacer funcionar el generador a potencia parcial?
Superconductividad tecnobalbuceo Tubos de Jeffries.
@ L.Dutch, ¿no es tan obvio? El generador necesita producir la energía. Solo se usa cada 6 horas.
no, no es obvio. En todas las cosas con alimentación en las que he estado, la fuente de alimentación funciona constantemente, sin activarse una vez cada x horas.
No tienes una carga TJ dando vueltas en un circuito. Se sienta allí en una batería o condensador.
@L.Dutch ¿Qué crees que es construir una carga? Esto es solo un cargo realmente grande.
Si pregunto es porque no me queda claro como lo has escrito
@ L.Dutch Estoy diseñando una nave espacial. Necesito saber las especificaciones físicas de las cosas para poder ponerlas en el barco. Ya sea una batería o un condensador o lo que sea. No puedo encontrar una manera de llegar a esa respuesta. No necesito saber exactamente cómo funciona, solo su tamaño. La unidad en sí tarda 6 horas en crear un campo que dura x cantidad de tiempo y utiliza 140 TJ de energía.
¿Qué tan rápido debe ocurrir esta descarga? Las tecnologías son marcadamente diferentes si tiene que descargarse en el transcurso de un minuto o un milisegundo. Sin embargo, tenga en cuenta que está literalmente al alcance de una bomba nuclear para estas energías.
¿Está buscando específicamente hacer esto con energía eléctrica? Si la energía térmica (es decir, la activación de explosivos) es una solución aceptable, tiene una gama más amplia de soluciones.
@CortAmmon No tengo un período de descarga establecido, pero cuanto más rápido, mejor en esto ... Siempre que sea lo suficientemente razonable, puedo administrar períodos de tiempo más largos mediante el progreso de la tecnología de onda manual, varios minutos no funciona debido a la ajustes necesarios para mejorar la tecnología. Necesito que sea energía eléctrica. Aunque hay una forma manual de sacar el calor del sistema porque un Fusion Reactor producirá calor y eso debe solucionarse. Y sí, sé que estos son rangos de bombas nucleares ^.^ Las bombas no son soluciones aceptables jajaja.
"los Reactores producen 10 Gw por segundo" no tiene sentido desde el punto de vista de las unidades (supongo que te refieres a GW y no a Gw; de lo contrario, no sé de qué unidad estás hablando). El vatio es una medida de caudal; 1W = 1 J/s (julio por segundo). Cuando se multiplica por una unidad de tiempo, se convierte en una medida de la cantidad de energía dentro de un sistema; por ejemplo, 1000 Wh (1 kWh) es 1000 J/s multiplicado por 3600 segundos (1 hora) o 3600000 J (o 3,6 MJ, si prefiere esa notación). Tenga cuidado de obtener las unidades correctas, o arruinará la inmersión de muchas personas.
@MichaelKjörling Escribí 10 GW por segundo para aclarar lo que quise decir porque no todos lo saben. No uso Wh porque me confunde cómo escribirlo exactamente y es una mala unidad de medida en mi opinión.
1 Wh = 3600J, no una tasa de potencia

Respuestas (2)

Almacenamiento de 200TJ de electricidad para descarga rápida

Las baterías almacenan energía, al igual que los condensadores.

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

Los condensadores convencionales proporcionan menos de 360 ​​julios por kilogramo de energía específica, mientras que una batería alcalina convencional tiene una densidad de 590 kJ/kg. Existe una solución intermedia: los supercondensadores, que pueden aceptar y entregar la carga mucho más rápido que las baterías y tolerar muchos más ciclos de carga y descarga que las baterías recargables.

Por lo tanto, necesita un conjunto de supercondensadores para almacenar la carga y luego descargarla cuando sea necesario.

No puedo entender cómo funcionaría un circuito de ráfaga, ya que parece que una carga de 200TJ dando vueltas en un bucle se quemaría terriblemente y destruiría el circuito rápidamente y también la rápida caída de energía luego recalentada también lo dañaría.

Sin usar el término, estás describiendo un cortocircuito, y siempre son malos . Nunca quieres eso.

Pero aún necesita que los supercondensadores se descarguen rápidamente sin quemar los cables. Por lo tanto, necesita superconductores.

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

La superconductividad es un fenómeno de resistencia eléctrica exactamente cero y expulsión de campos de flujo magnético que se producen en ciertos materiales, llamados superconductores, cuando se enfrían por debajo de una temperatura crítica característica.

Por lo tanto, no hay calefacción ni destrucción de su infraestructura.

Pero dado que mantener temperaturas por debajo de los 30 K es... difícil, necesitará superconductores de alta temperatura.

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

Mientras que los superconductores "ordinarios" o metálicos suelen tener temperaturas de transición (temperaturas por debajo de las cuales son superconductores) inferiores a 30 K (−243,2 °C), y deben enfriarse con helio líquido para lograr la superconductividad, se han observado HTS con temperaturas de transición como alto como 138 K (-135 ° C) y se puede enfriar hasta la superconductividad usando nitrógeno líquido.

Si bien 138K todavía es condenadamente frío, es factible. Presumiblemente, sin embargo, dado que tiene reactores de fusión y naves estelares, también habrá desarrollado verdaderos superconductores de alta temperatura.

Todo está en su lugar ahora:

  1. El reactor de fusión está conectado a
  2. superconductores de alta temperatura (alambres grandes y elegantes) que suministran electricidad a
  3. una gran variedad de supercondensadores. Cuando se necesitan esos 200TJ,
  4. la electricidad fluye a través de superconductores de alta temperatura en el lado de "salida" de los supercondensadores,
  5. directamente a tu unidad de nave estelar de ciencia ficción.

Sencillo, de verdad.

Tu respuesta es mucho mejor ahora. La razón por la que su respuesta fue rechazada fue la falta de aclaración. Incluiste cosas que aún no tenemos, tecnológicamente (superconductores a temperatura ambiente) y simplemente dijiste que agitaras eso con tecnoparloteo. Los superconductores y los condensadores no son algo que alguien que haga una pregunta como esta no sepa, pero las respuestas deben ser independientes y no requerir que las personas obtengan información en otro lugar para seguir su lógica.
@ArtificialSoul " y no requiere que las personas obtengan información en otro lugar para seguir su lógica". ¿Dónde se detiene, sin embargo? ¿Te explico también qué son los cables, circuitos y electricidad?
No exageres y piénsalo. La idea es que no todo el mundo hizo esta pregunta, pero puede que a algunos les resulte interesante. Si alguien no sabe qué es la electricidad, ni siquiera entiende la pregunta. Pero si su respuesta requiere más conocimiento que la pregunta en sí, al menos necesita describir qué tiene de especial un "superconductor a temperatura ambiente" que estaba en su respuesta original.
@RonJohn, ese es un punto interesante, tal vez valga la pena una publicación dedicada en meta.
¡Desacuerdo! Los cortocircuitos no siempre son malos. Son exactamente lo que se pretende en los elementos de calefacción, por ejemplo. (Lo siento, pero no pude resistirme a decir eso)
Los elementos calefactores @Rafael no son cortocircuitos, ya que, por definición, los cortocircuitos son caminos no deseados con poca impedancia, mientras que los elementos calefactores son caminos previstos con mucha resistencia.
@RonJohn, los elementos calefactores suelen tener resistencias bajas porque a resistencias altas fluye poca corriente, lo que genera poco calentamiento. En cualquier caso, siguen siendo "cortocircuitos" en el sentido de que el circuito es "corto".
@Rafael "alto" y "bajo" son relativos. En un baño (o cocina), por ejemplo, la resistencia en el elemento calefactor de nicromo es mucho mayor que la resistencia en los cables eléctricos de cobre. ¡De lo contrario, el calentador no se calentaría!

De sus comentarios, "no tengo un período de descarga establecido". Esto básicamente significa que no podemos proporcionar una solución. Es el equivalente en ingeniería eléctrica de "Quiero un vehículo que se mueva rápido, pero realmente no me importa qué tan rápido". La mejor opción de vehículo varía mucho, desde triciclos hasta SR-71 y transbordadores espaciales.

Puedo señalar que, como regla general, cuanto más lenta permite que sea la descarga, más conveniente es su tecnología. Las cosas que pueden descargarse en un milisegundo tienden a almacenar menos energía por kg (energía específica) y almacenan menos energía por metro cúbico (densidad de energía).

Tres tecnologías que podrían estar en su lista (números de densidad de energía de esta página de wikipedia ):

  • Condensadores de película: son de descarga rápida (de microsegundos a nanosegundos). Sin embargo, son muy pobres cuando se trata de densidad de energía. Literalmente, hay una diferencia de órdenes de magnitud entre los diferentes condensadores de película, pero están alrededor de 10J/kg.
  • Condensadores electrolíticos grandes: son descargas más lentas porque pueden calentarse y hervir su electrolito. Hay, una vez más, diferencias de orden de magnitud entre diferentes productos, pero si te apegas a descargas de microsegundos a milisegundos, probablemente estés bien. La densidad de energía está en algún lugar alrededor de 200J/kg
  • Supercondensadores: una vez más, descarga más lenta, pero más eficiente. La potencia específica de un supercondensador es menor que la de un condensador de electrolito, por lo que no puede descargarse tan rápido. Sin embargo, su densidad de energía salta a 10-40kJ/kg.
  • Baterías: las baterías se descargan aún más lentamente, pero saltan a 170 kJ/kg (plomo ácido). La batería más alta de mi lista es una batería de metal de litio de 1,8 MJ/kg.

Ahora, lo que debe tener en cuenta aquí es que todos estos números son pequeños. Incluso utilizando el almacenamiento de energía más denso de la lista, las baterías, estás hablando de 70 millones de kg de baterías. Esa es aproximadamente la masa de un portaaviones de clase Nimitz.

No especificaste qué tan grande era tu nave espacial.

Podría intentar almacenar su energía en un circuito superconductor. Si hicieras eso, no habría resistencia. Sin embargo, siempre hay una probabilidad finita de que cualquier sección del bucle se vuelva resistiva. Cuanta más energía pongas en el bucle, mayor será el riesgo. Si alguna de las secciones se vuelve resistiva, calienta rápidamente el área cercana y se produce un "enfriamiento", donde toda la energía se disipa inmediatamente. Esto es algo con lo que se ocupan en los aceleradores de partículas. Como he oído que se describe, tienen que trabajar un equilibrio. Apague demasiadas veces en un día y no hará suficiente trabajo. Vaya a lo seguro, use energías bajas y no tenga apagados, y los resultados no son lo suficientemente interesantes como para justificar el enorme costo del colisionador. Tienen que encontrar el equilibrio adecuado.

Lamentablemente, no tengo números para predecir cuánta energía podría almacenar razonablemente en uno de estos bucles. Sin embargo, tengo estadísticas para el LHC . Los circuitos que alimentan los imanes en el LHC tienen alrededor de 10 GJ de energía (una pequeña fracción de lo que necesita, pero útil de todos modos). Cuando se produce una extinción (normalmente debido a algo perdido en el haz, pero a veces se debe a efectos aleatorios en los imanes), se tarda unos 2 minutos en descargar toda la energía en un bloque de acero: calienta 8 toneladas de acero aproximadamente 300 grados en esos dos minutos.

1 minuto o menos período de descarga diría yo. Esto eventualmente se usará para aviones de combate como naves (con mejores materiales de potencia). El barco tiene que existir en un diámetro de 20 metros, aunque el diseño actual limitaría la "batería" a aproximadamente 4x4x4 metros. Tuve una idea... ¿Podrías usar una configuración magnética y un rayo láser (conoces uno que se usa para la electricidad) para atraparlo y retenerlo?
@Durakken Mi recomendación honesta es agitarlo a mano. 140TJ en un cubo de 4x4x4m es una densidad de energía de poco más de 2000 MJ/L. Eso es aproximadamente 50 veces más denso que el dispositivo de almacenamiento no nuclear más denso que figura en wikipedia. Estás tan lejos de lo que es posible con las tecnologías actuales que llamarlo "magia" es muy razonable. Estás hablando de almacenar literalmente 10.000 veces más energía que la que almacenan en el LHC, que es 4x4x26700 metros.
Almacenamiento de 200TJ de electricidad para descarga rápida
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