Suponiendo que se construyó un dispositivo muy grande que podría recolectar hasta el 20% de la energía mecánica de un tornado. Es una plataforma móvil de algún tipo, y una o varias de ellas están listas para implementarse en una región propensa como el callejón de tornados de Estados Unidos.
Supongamos el esquema más simple: el dispositivo convierte la fuerza del tornado en trabajo de rotación, desplegando alguna construcción de paletas grandes, cometas u otra superficie deflectora capaz de resistir las fuerzas. Al colocarse en el centro del ciclón, es capaz de extraer el 20% de la energía de rotación y almacenarla antes de que el ciclón se aleje. La construcción es desconocida en este punto. Está diseñado para manejar los ciclones EF-2 más comunes y puede apagarse y protegerse contra ciclones más grandes. Para fines de cálculo, puede completar la cosecha manteniéndose dentro del centro del ciclón durante dos minutos, luego el embudo se aleja con el 75% de su energía original (el proceso deja un 5% perdido como metal deformado, calor, energía acústica ensordecedora y metal erosionado).
Si bien el dispositivo de captura de energía en sí puede estar actualmente más allá de nuestra tecnología, la pregunta simplemente se refiere a un mecanismo de almacenamiento que pueda recuperar la mayor cantidad posible de este enorme trabajo de rotación, al mismo tiempo que es accesible a una plataforma móvil (la imprevisibilidad de los tornados hace que sea imposible preverlo). -escenifique sus baterías de energía, o el dispositivo, dentro de una gran construcción). Como tal, la etiqueta de ciencia dura solo asume la entrada de una cantidad conocida de energía a un ritmo conocido desde un lugar o tiempo desconocido.
Mis mundos funcionan en gran medida con energía eólica, por lo que esta respuesta puede servir para varias aplicaciones en general.
Agitando a mano las muchas razones por las que almacenar un tornado en una botella (metafóricamente) no funcionaría, y sería una forma poco práctica de reunir energía, si fuera a intentarlo, basado solo en los parámetros que ha proporcionado, recomendaría volantes .
Una vez que la plataforma de volante portátil está configurada y el tornado ha pasado, puede transferir la energía a un almacenamiento a largo plazo, por ejemplo, baterías en su tiempo libre.
Gravedad
Use molinos de viento para capturar la tormenta, luego bombas para elevar algo parecido al agua de un lugar bajo a un lugar alto, como en las represas hidroeléctricas de almacenamiento por bombeo .
Es una mejor manera de almacenar viento normal que los tornados, pero los tornados tienden a venir con vientos fuertes.
Una alternativa general es el "levantamiento de pesas", usas la energía que recolectas para levantar muchas toneladas de peso a una altitud mayor; y luego el descenso controlado de este peso, que puede comenzar y detenerse según sea necesario, genera electricidad.
Una implementación práctica ya está en uso: el exceso de energía solar se usa para bombear agua de un depósito "bajo" a un depósito "alto" durante el día y durante la noche, drenaje controlado del depósito alto al depósito bajo, a través de turbinas. , genera electricidad por la noche. Estos son embalses del tamaño de un lago, obviamente, a menudo reabastecidos por la lluvia. En el depósito alto, esto es un poco de energía libre.
Los embalses se pueden construir excavando para el bajo y usando el material para construir el alto. O piense en algo como la Presa Hoover; que opera casi con el mismo principio, excepto que no estamos bombeando para llenarlo; un río que corre cuesta abajo lo llena para nosotros.
Esta es una forma de convertir la energía intermitente en energía bajo demanda; aunque hay alrededor de un 15%-20% de pérdida de energía debido a ineficiencias inevitables en el bombeo. (Es por eso que usan energía solar directamente si pueden, para evitar esa pérdida, pero están diseñados para generar en exceso por un factor significativo para que puedan bombear y cubrir las necesidades nocturnas).
Tienes un gran problema.
Primero, necesitamos saber cuánta energía se necesitará almacenar. Según los NIH, el tornado EF2 típico tiene un valor de energía de 88 TJ , por lo que el 20 % significa almacenar 17,6 TJ.
¿Cuanto es eso? Bueno, convertir 17,6 TJ a TNT equivalente (4,184 GJ por tonelada de TNT) da 4,206 KT de TNT, aproximadamente el 30% de la bomba atómica lanzada sobre Hiroshima. Los sistemas de almacenamiento de energía a menudo se expresan en términos de kWh. 17,6 TJ son 4,89 GWh
Entonces, ignorando los otros costos solo por el momento, ¿cuál es el costo del almacenamiento a escala de red para 17,6 TJ? Según el Laboratorio Nacional de Energías Renovables en 2021, y utilizando el extremo inferior del rango para los costos de almacenamiento.
Lithium Ion 352 USD/kWh
Lead Acid 380 USD/kWh
Sodium-sulfur 599 USD/kWh
Pumped Water 150 USD/kWh
Compressed Air 97 USD/kWh
Flywheel 4320 USD/kWh
Thermal 20 USD/kWh
El almacenamiento hidráulico de agua bombeada claramente no es portátil. También es muy poco probable que el aire térmico y comprimido sea portátil, eliminando los 3 métodos más baratos. Entonces, ¿cuál es el costo del almacenamiento de iones de litio? 5.89E9 * 352 / 1000 = 2.07E9, o más de 2 mil millones de dólares.
Aunque esto es una exageración, se vuelve mucho menos factible cuando considera que tiene mucho tiempo para cargar su sistema de almacenamiento. Intentar cargar tanto almacenamiento de iones de litio en 2 minutos daría como resultado un incendio muy grande. Otros sistemas de almacenamiento tendrían problemas similares. Necesita almacenar energía a razón de 146,7 GW, 6,5 veces la producción de la presa de las Tres Gargantas.
Independientemente de su sistema de almacenamiento, debe poder almacenar la energía a una tasa de 146,7 GW; esto nunca será cierto en un dispositivo portátil que debe guiar hacia el camino de la tormenta. Un sistema F2 tiene una cantidad notable de energía.
Diría que nadie nunca va a capturar ese tornado.
Desea recolectar electricidad estática y almacenarla temporalmente en supercondensadores.
Estos se pueden cargar muy rápidamente y mantendrán su carga durante unos días (dependiendo del diseño del condensador). Básicamente se vería como uno de esos mega camiones. Lo conduce frente a la ruta del tornado, carga sus condensadores y luego lo lleva a una ubicación central para descargar la energía.
Esto sería similar a un generador Van de Graaff ( https://en.wikipedia.org/wiki/Van_de_Graaff_generator ) pero el tornado ya proporciona el elemento mecánico.
A medida que las partículas de aire se arrastran a través de su aparato, se creará una enorme cantidad de estática que luego podrá almacenar en supercondensadores ( https://en.wikipedia.org/wiki/Supercapacitor ).
Los condensadores también son muy elásticos, por lo que puede hacer esto una y otra vez con una degradación mínima. Como beneficio adicional, debería ser posible diseñar un generador estático sin partes móviles, que durará mucho más (ya sabe, si su camión recolector de energía no es golpeado por un cobertizo)
Editar: como señaló @Goodies, la energía específica de los condensadores es baja en comparación con otros medios de almacenamiento. La página de wikipedia tiene el extremo superior en alrededor de 100 Wh/kg. Suponiendo que queremos almacenar 1 GWh (por simplicidad) necesitaríamos 10 millones de kg de capacitores.
Teniendo en cuenta que el camión más grande del mundo ( https://en.wikipedia.org/wiki/BelAZ_75710 ) puede cargar apenas 450 000 kg, necesitaría entre 20 y 25 de estos chicos malos trabajando juntos para cosechar el tornado.
Ignorando como otros, el problema de que su dispositivo nunca está expuesto a más de una pequeña proporción de su energía de rotación altamente movible e impredecible, razono de esta manera para mi respuesta...
@GaryWalker describe la tasa extremadamente alta de carga o almacenamiento implícita. @Amadeus explica que levantar una gran masa contra la gravedad en teoría funciona, pero en la práctica no sería de mucha ayuda.
Sobre la base de eso, sugeriría que su dispositivo convierta la energía de rotación en una bomba y presurice un inmenso contenedor de aire hecho de algún elastómero. Este es el por qué:
Estamos utilizando la presión para almacenar rápidamente grandes volúmenes de aire muy, muy rápido, mientras ruge la tormenta, no para almacenarlo a presiones ultra altas o licuarlo. (Esas son opciones, por supuesto, para respuestas variantes).
El aire puede soportar una presurización inmensa, y la necesitamos para un almacenamiento rápido . Pero en realidad solo necesita una bolsa de aire grande, porque incluso sin almacenamiento a alta presión, a medida que la vuelve a enrollar, creará un poderoso chorro de aire para reutilizar, simplemente debido al volumen de aire almacenado, incluso si no está especialmente presurizado.
(Piense en la ráfaga de aire de una cama de aire mientras se sienta en ella para sacar el aire cuando la guarda)
Por lo tanto, la presión se trata mucho más de la capacidad de capturar volúmenes de aire ultra altos a una velocidad ultra alta, que puede estar a cierta presión (pero en realidad no es necesario), que de almacenarlo a alta presión . Por lo tanto, las bolsas no tienen que poder resistir grandes presiones, excepto en el punto de admisión.
También tenga en cuenta que tendrá efectos térmicos. Comprimir y descomprimir hace eso. Podemos moverlos a mano, pero en realidad, el único proceso de alta presión aquí es la compresión, y diseñamos el sistema de ventilación de admisión para disipar los efectos térmicos. se calentarán, y supongo que el aire entrante estará un poco caliente, pero no muy caliente. El aire saliente se libera a un ritmo mucho más lento, por lo que es un problema mucho menor.
También podría tener efectos de condensación, pero eso se está desviando más hacia la ciencia dura/realismo, y si se ignoran en una historia, nadie lo notará.
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