Futuro Lejano, Espacio. ¿La forma más plausible de almacenar energía a corto plazo?

Suponga lo siguiente:

Una nave espacial en un futuro lejano.

Salida: Los sistemas de los barcos tienen una alta demanda base de energía y, a veces, se necesitan cantidades extremas de energía en un período de tiempo muy corto.

Entrada: se utiliza un reactor de fusión avanzado para proporcionar energía de referencia. Hay una variedad de 'inyecciones' en el sistema, algunas de ellas picos de energía repentinos y extremos, algunas menores y que aumentan o disminuyen suavemente.

¿Cuál sería la mejor manera de almacenar energía y proporcionar la flexibilidad necesaria?

Como siempre: asumamos tecnología futura, aceptaré ondas de mano plausibles, pero manténgalas lo más pequeñas posible.

No es un tema duplicado sino relacionado.
Gracias. Ya he leído ese hilo porque apareció cuando creé la pregunta. La principal diferencia parece ser el 'futuro lejano' aquí.
Esto me recuerda a los capacitores electrolíticos que usamos para suavizar las fluctuaciones de energía en la electrónica. Como era de esperar, la mitad de las respuestas hasta ahora recomiendan condensadores: P. Sin embargo, no aclara qué es "Energía", así que supongo que lo está agitando a mano o aún no ha decidido qué es. Definitivamente, lo que necesita es un mecanismo capacitivo, eléctrico o no, pero si su nave usa energía eléctrica, entonces ya tiene muchas cosas técnicas resueltas.
Sí, estoy hablando de energía eléctrica aquí. Parece ser el más fácil de manejar y almacenar, ¿o no?
@openend Generalmente sí, la electricidad tiene la ventaja de que puedes hacer un dispositivo de almacenamiento de energía sin partes móviles. También funciona bien con un reactor basado en fusión, ya que tenemos algunos diseños propuestos que generan electricidad directamente, en lugar de generar calor que luego se convierte en electricidad. Actualmente no tenemos la capacidad de almacenar electricidad después de que se genera con tanta densidad como la mayoría de los combustibles, pero si su dispositivo de almacenamiento puede reunir suficiente densidad de energía y puede manejar corrientes altas (ver superconductores y disipadores de calor), entonces sí, debería estar bien usando electricidad.
@openend Sin embargo, dependiendo de las necesidades de su historia, es posible que tenga suficiente espacio para vincular sus necesidades de energía con la salida del reactor. En otras palabras, en lugar de almacenar energía (que es principalmente útil para suavizar la salida), podría tener un sistema que le alimente más combustible, para aumentar su salida de energía según sea necesario, reduciendo la salida del reactor más tarde, cuando no necesita producir tanta energía. Tener un sistema para suavizar la salida sería una buena idea en cualquier caso, pero en el último no necesita grandes cantidades de almacenamiento y tal vez incluso podría "overclockear" su reactor.

Respuestas (7)

Presentamos el último producto de Nikola Industries, WhoNeedsOil Power Cell. Compatible con todos los reactores de fusión Mark 9*, esta solución compacta de almacenamiento de energía de baja masa utiliza un cable superconductor enfriado a 0,1 K para almacenar energía en un campo magnético , para esos pequeños aumentos de potencia adicionales.

No temas si necesitas algo más a largo plazo, WhoNeedsOil puede almacenar energía prácticamente indefinidamente*. Con una eficiencia de hasta el 95 %, esta tecnología es líder en el mercado*, así que póngase en contacto con Nikola Industries hoy mismo para solicitar un presupuesto o, como alternativa, pase por nuestra sala de exposición de fábrica, 48°51′29.6″N 2°17′40.2″E Alpha_Centauri_Bc.

*Los términos y Condiciones aplican. Rendimiento clasificado frente a soluciones de almacenamiento de energía de volante de inercia de tercera generación en un rango de precios comparable, cuando las instala un técnico calificado por Nikola. La instalación o el mantenimiento incorrectos pueden provocar pérdidas menores de vida.

@Mazura 0.1 K no es lo que consideraría temperatura ambiente.
Los superconductores modernos están en el rango de menos de 30K (superconductor de baja temperatura) o en el rango de menos de 138K (superconductor de alta temperatura). FYI, la temperatura ambiente es 293K, K es Kelvin. En realidad, es más probable que el superconductor esté a una temperatura más alta (ya que enfriar las cosas requiere una buena cantidad de energía) y, por el momento, podemos enfriarlas con nitrógeno líquido.
Últimas noticias, los productos de Nikola Industries matan específicamente a los niños.
Si está almacenando suficiente energía para amortiguar significativamente un reactor de fusión, no quiero estar cerca de él cuando se apague .
Gracias @MadHatter. Este es un excelente material para la trama. Si lo entendí correctamente, ¿sería posible 'sobrecargar' mis matrices de almacenamiento?
Tengo entendido que los superconductores poseen tanto una temperatura crítica (por encima de la cual tienen resistencia) como una densidad de corriente crítica (por encima de la cual también fallan), así que sí, puedes, y es un gran lío. El incidente de extinción de 2008 en el LHC arrancó imanes que pesaban (creo) muchas toneladas de los pernos que los sujetaban al piso de concreto y, además, descargó alrededor de seis toneladas de helio líquido.
Oh mi error. La onda manual está en el sistema de enfriamiento. Pero estamos en el espacio, así que supongo que vuela si mueves los brazos lo suficientemente rápido.
@Mazura tienes que aletear bastante fuerte en eso, el espacio es un escalofrío francamente terrible. Tengo entendido que para enfriar las cosas al rango de menos de 1K, necesita usar un enfriador de unión de túnel. Puede enfriar estructuras más grandes con una que con una trampa láser, pero aún así son muy pequeñas.
Los bucles superconductores querrán expandirse (es decir, explotar radialmente), por lo que necesitará algo duro para mantenerlo en una sola pieza. Por lo tanto, en última instancia, está limitado a la dureza del material y, por lo tanto, a la energía de unión química. Por lo tanto, no obtendrá una densidad de energía mucho más alta que la de las reacciones químicas, ¡lo cual sigue siendo absolutamente espectacular en lo que respecta a las baterías! 20 o 50 MJ/kg sería lo suficientemente razonable.

Supercondensadores es mi respuesta para ti. Un supercondensador es esencialmente una gran batería que descarga (o al menos puede descargar) mucha energía en poco tiempo. Se utilizan para el almacenamiento de energía a corto plazo o la entrega de ráfagas masivas de energía.

Un ejemplo de modo ráfaga es el KERS en los autos de carreras. Puede usar supercondensadores para almacenar energía al frenar y mantener dicha energía para el siguiente si necesita un aumento de velocidad.

Sin embargo, los supercondensadores actuales tienen una densidad de energía muy baja: para contener la energía de un solo tanque de gasolina, necesitaría un supercondensador de ~ 50 toneladas, e imagino que el reactor de fusión produciría más energía que eso. (Se planea que el reactor de fusión de alta beta de Lockheed Martin de 2017 produzca 100 MW, lo que llenaría el supercondensador de 50 toneladas en segundos; probablemente el reactor de fusión de la nave estelar del futuro lejano sea mejor).
@Charles Presumiblemente, la tecnología futura podría resolver este problema.
No creo que esa sea una solución. Los supercondensadores mejoran, pero también lo hacen los reactores de fusión y los requisitos de energía. Por supuesto, podemos agitarlos manualmente para superar ampliamente a los otros dos, pero en ese punto solo tenemos unobtanium.
¿Qué pasa con el uso de supercapacitores para los picos de demanda y el almacenamiento de energía densa en volantes muy grandes? Tiene fácil acceso al vacío, por lo que la resistencia del aire no es una preocupación, y un lubricante de estructura de carbono elegante (C60, ¿alguien?) debería funcionar bien para combatir la fricción deslizante.
@realityChemist Los volantes almacenan energía mecánica. Realmente no sé qué tan eficiente sería el sistema, ya que tendrías que convertir la energía en energía mecánica y volver a convertirla en electricidad.
@AmiralPatate Lo hacemos hoy para el suministro de energía de emergencia a sistemas donde los supercondensadores no serían prácticos (UPS de volante), y exactamente para el propósito que busca OP: satisfacer la demanda máxima de energía más allá de lo que el sistema base puede manejar. Hoy en día son aproximadamente tres veces más densos en energía por masa (probablemente mucho más por volumen) que los supercondensadores, aunque en el futuro quién sabe cuál será mejor. Sin embargo, no pueden descargarse tan rápido como los supercaps.

Si hay antimateria disponible, use eso, de lo contrario, un condensador superconductor

El almacenamiento de energía absoluta que se puede tener dentro de las leyes de la física tal como la conocemos es en forma de antimateria. Esto se basa en la conversión completa de materia en energía y con la constante gigante c en

mi = metro C 2

esto lo convierte en un mecanismo de almacenamiento de energía muy eficiente. Sin embargo, el uso de antimateria conduce a algunos problemas complicados de creación y contención que pueden haberse resuelto. Un desafío principal es ¿cómo asegurarse absolutamente de que la antimateria nunca toque la materia normal hasta que usted lo desee? Si no logras resolver este desafío, te verás ante una nube de gas supercalentado que se expande rápidamente y que solía ser tu nave. Tendrá que decidir si su tecnología es lo suficientemente avanzada para manejar esos desafíos.

El supercondensador superconductor

Este es el enfoque más plausible ya que es posible que podamos hacer algo como esto en los próximos 50 años. Los superconductores hacen cosas extrañas con la electricidad y el magnetismo a temperaturas muy bajas, la principal de las cuales es una resistencia muy baja al flujo de corriente. Necesitará esos valores de resistencia ultrabajos cuando descargue el condensador a tasas máximas de descarga.

Necesitará la siguiente tecnología avanzada para fabricar estos supercondensadores:

  • Dialéctica de ultra alta resistencia. Cuanto mejor sea la dialéctica que pueda obtener, más potencia podrá empaquetar en el capacitor
  • Superconductores de alta temperatura. Si se le da a elegir entre los requisitos de enfriamiento de 4 Kelvin o 138 K, para que los superconductores funcionen, el diseñador sabio elegirá el superconductor de alta temperatura.

Asegúrate de que tu dialéctica no se convierta en un superconductor a bajas temperaturas. Eso sería malo.

Ojalá tu antiguo barco fuera solo una nube de gas. Lo más probable es que sea una sopa de partículas subatómicas. Incluso podría terminar con un agujero negro .
¿Por qué necesitaría superconductores de alta temperatura? ¿No se definen los superconductores por resistencia cero? Si es así, ¿cómo podría la "resistencia de los componentes metálicos del superconductor calentarse lo suficiente"?
¡Impresionante concepto usando antimateria como "almacenamiento" de energía! Me pregunto sobre la posibilidad de ponerlo en órbita para su custodia. El primer pensamiento es: "Espera, ¿y si de alguna manera sale de órbita?" - ¡Terminarías con una terrible bomba cayendo del cielo! No estoy seguro de si una salida de órbita inesperada es más o menos probable que un horrible accidente en la Tierra (donde abunda la materia normal). Al menos en la Tierra tendrías algo que decir exactamente DÓNDE podría ocurrir este horrible accidente.
(continuación) ¿Tal vez podría almacenarlo como una "nube" de antimateria en órbita? Entonces, si cae, sus efectos se extienden sobre un área mucho más grande, y no hay necesidad de diseñar un contenedor complejo de materia regular para almacenarlo. Entonces podrías subir a la órbita, recolectar algo de antimateria de la nube con un "magnético". net", y llévate tu carga a casa cuando quieras.
@loneboat El OP no dice nada sobre el tipo de nave espacial o dónde está. Cualquier respuesta que dé sería una especulación desenfrenada.
@PhilFrost Gracias por señalarlo. He corregido mi respuesta.
@Green: Soy un idiota: tenía dos pestañas abiertas y pensé que su respuesta era esta: worldbuilding.stackexchange.com/questions/23118/… . Pensé que su respuesta era sobre el almacenamiento de energía EN (o cerca) de la TIERRA.

Pueden almacenar energía con energía rotacional, en un dispositivo Flywheel Energy Storage .

Dispositivo de almacenamiento de volante

Estos almacenan energía mediante el uso de un motor para hacer girar un volante en una caja sellada al vacío, con el volante suspendido por cojinetes magnéticos. Para cargarlo, se envía energía al motor, haciendo girar el volante. Cuando llega el momento de alimentar los costosos sistemas de su barco (motor FTL, cañón de riel gigante, etc.), conecta el motor como un alternador o dínamo y extrae energía del momento angular.

El lado positivo de estos es que son tecnología actual. ¡No se requiere agitar la mano para su modelo básico! También interactúan bien con materiales milagrosos que se agitan a mano y que tienen una mayor resistencia a la tracción, lo que permitiría almacenar más energía.

¡Para más diversión, use cojinetes superconductores para reducir aún más la fricción y aumentar la eficiencia!

Pero, ¿cómo hacen frente los volantes a los repentinos picos de consumo de energía? Tenía la impresión de que los volantes necesitan un tiempo similar para girar hacia arriba o hacia abajo, mientras que el OP parece estar buscando algo que pueda "cargarse" lentamente con el tiempo y "descargarse" rápidamente cuando sea necesario.
@MichaelKjörling En realidad, los volantes ya están en uso exactamente para ese propósito, consulte el artículo de Wikipedia vinculado. Además, dado que dispositivos similares, ruedas de reacción, ya se usan comúnmente (en satélites), los volantes parecen ser el siguiente paso lógico.
@DanielJour Hm, tal vez estaba confundiendo volantes y ruedas de reacción entonces.

No lo guarde; derivarlo . Mientras estás en eso, ve a lo grande o vete a casa.

Almacenar energía es peligroso: ¿alguna vez has visto Star Trek? Sería mejor si se desviara cuando no se requiriera. Sobredimensione su reactor para poder suministrar suficiente energía para completar cualquier tarea concebible. Entonces dale un margen de seguridad cuádruple. Entonces, la pregunta es, ¿cómo se desvían 1,21 gigavatios cuando no es factible "volarlo por la parte superior" ( Quora )?

Todos los buenos buques de guerra son capaces de producir la potencia requerida bajo demanda . Tanto es así, que pueden suministrar energía de emergencia a ciudades pequeñas si así lo desean: "USS Lexington proporciona electricidad a Tacoma" – historylink.org

Cómo desviar esa energía es realmente un problema cuando estás en el espacio y la transferencia cardíaca por convección no es posible, excepto al aire donde viven tus humanos.

baterías nucleares

La respuesta elegida es de hecho, siendo realistas, la mejor. Las baterías de solenoide superconductoras permiten el almacenamiento de energía teóricamente más denso posible para la energía eléctrica, limitado solo por la fuerza de unión química de los átomos para evitar que se separe de las fuerzas de Lorentz. Con algo así como nanorods de diamante agregados , puede alcanzar fácilmente densidades de energía de 20 MJ/kg. Y aunque no parece tan impresionante en comparación con, por ejemplo, la gasolina (uno de los combustibles con mayor densidad energética que existen, en realidad), recuerda que la gasolina + oxígeno no es tan impresionante, que puedes extraer tan rápido como quieras, no necesita un motor voluminoso para extraer dicha energía y dicho motor voluminoso sería, en el mejor de los casos, algo 50% eficiente de todos modos.

Los superconductores de alta potencia y alta temperatura no son una onda manual tan grande, ni siquiera la temperatura ambiente, de hecho, para la tecnología del futuro, si no quiere molestarse con el equipo criogénico.

Además, convertirá toda su energía almacenada en calor (es decir, explotará violentamente) si se daña, se calienta demasiado o se sobrecarga, lo que siempre es bueno para la tecnología SF. También puedes llamarlo supersolenoide, lo que lo convierte en una buena tecnopalabra.

¡ Pero eso no es suficiente! (Después de todo, nunca lo es). ¡Estamos hablando de tecnología del futuro lejano! ¡No queremos estar limitados por enlaces atómicos débiles!

¡Si está de acuerdo con una ola de mano más grande y quiere más potencia! en el almacenamiento, puede optar por isómeros nucleares . Un isómero nuclear es un núcleo de átomo estable que se encuentra en un estado excitado. En algún momento se desintegrará, pero a diferencia de cosas como la desintegración beta, solo emitirá un rayo gamma, y ​​el proceso es (teóricamente) reversible. Y un isómero nuclear excitado contiene mucha energía. Como más de un millón de MJ/kg. Simplemente ponga sus celdas gammavoltaicas del futuro lejano para convertir esos rayos gamma en electricidad y estará bien.

El problema es que los isómeros se dividen en dos categorías: los "apenas existentes", que se revertirán en un nanosegundo, y los "casi estables" con una vida media poco práctica. Estabilizar el primero es probablemente imposible, pero ¿no sería bueno si pudiéramos inducir al último a revertir y emitir ese dulce fotón de alta energía?

Algunos tipos fingieron que lo habían logrado con isómeros de hafnio rociándolos con rayos X. Por desgracia, esto ha sido desacreditado desde entonces. Desde entonces, las baterías de hafnio han seguido el camino del impulsor Dean, el motor de agua y el EMDrive. Suspiro.

Pero espera, ¡no toda la esperanza está perdida! A diferencia de esos, la batería Hafnium no fue descartada de inmediato por nadie con un mínimo de conocimiento en física, ¡porque podría haber funcionado ! Lo que significa que puede haber otros métodos, más allá de la tecnología actual, que realmente funcionen. Tal vez con alguna partícula exótica que requiera un nuevo tipo de acelerador de partículas.

El punto es que, si bien hoy en día las baterías de hafnio son una tontería, todavía son creíbles como tecnología de futuro lejano.

También está la cuestión de producir esos isómeros de hafnio, pero si puede inducir la desexcitación, también debe saber cómo inducir la excitación.

Los isómeros de hafnio tienen 31 años de vida media, lo cual está bien para el almacenamiento de energía a corto plazo. Si necesita mucho más tiempo, puede usar isómeros de tantalio en su lugar. Con 40 000 MJ/kg en lugar de un millón, no son tan densos (aunque siguen siendo mucho mejores que las baterías de supersolenoide), pero su vida media es mucho más larga que la edad del Universo.

Esas tablas pueden ser útiles para comparar las densidades de almacenamiento, que es uno de los criterios principales aquí.

Gas comprimido.

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

El almacenamiento de energía de aire comprimido (CAES) es una forma de almacenar energía generada en un momento para usarla en otro momento usando aire comprimido. A escala de servicios públicos, la energía generada durante los períodos de baja demanda de energía (fuera de las horas pico) se puede liberar para satisfacer los períodos de mayor demanda (carga máxima).[1] Esto es especialmente importante en una época en la que las fuentes de energía renovables intermitentes, como la energía eólica y solar, se están convirtiendo en fuentes de energía más importantes. Los sistemas CAES pueden tener un impacto vital para garantizar que se pueda satisfacer la demanda de electricidad en las horas pico.

Por supuesto, podrías comprimir hidrógeno en lugar de aire. Incluso en el espacio, el hidrógeno quiere ser un gas. El hidrógeno también puede ser útil por otras razones.

Futuro Lejano, Espacio. ¿La forma más plausible de almacenar energía a corto plazo?
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