Seeria: Kaevandamine & materjalid • 7. osa
Megavanid ja väntvõllid — veoautod rändavate akudena
Meie maailmas veoautod ei põleta — nad toimivad puhvritena. Iga „megavan“ on 200 t kasulikku koormust kandev robot mitme megavatt-tunnise pardapatarei ja väntvõlliga, mis "sööb" võimsuse hüppeid hommikusöögiks. Nad muudavad veoauto elektrisüsteemi osaks, mitte erandiks.
Tänane missioon
Disainida veoauto esmalt energiasüsteemina ja alles seejärel transpordivahendina.
Teada anda eelnevalt arvutatud marsruudid, akude suurused ja laadijate võimsus (ilma JS-ta).
Tõestada, et suudame kaevata ja ehitada väga kiiresti vaiksete elektronidega.
Miks veokid on nagu akud (ja miks see kiirendab platsil liikumist)
Liigutame mulda impulssidega: lae, ron, kalluta, lasku. Akud ei armasta impulsse; hõõgketad jumaldavad. Seega teeb iga veok kaks tööd: veab massi ja puhverdab võimsust. Tulemus — 24/7 liikumine, rahulikum mikrovõrk, vähem tipukoormust ja karjääri, kõlab nagu raamatukogu spordisaaliga.
- Sõiduki salvestamine muudab iga peatumise võimaluseks võrku tasakaalustada.
- Hõõgketad neelavad hüppeid (stardid, kallutamise tõstmised), kaitsevad akusid ja laadijaid.
- Regeneratsioon laskumisel tagastab ronimisenergia — elektronid „sõidavad liftiga“ alla.
Platvormi spetsifikatsioonid (masstootmine, kohandatav vastavalt vajadusele)
Megavan — baas
- Kasutatav koormus: 200 t
- Tühi mass: ~190 t (paketiga)
- Suure kiirusega (objektis): 36 km/h (10 m/s)
- Ronimine: 5–10% tõus 10 m/s (abisõidurajad — valikuline)
- Ülekanne: 4 ratta sisse integreeritud mootorit, vektorjuhtimine
Energiamoodulid
- Põhipakett: 3–5 MWh (LFP klass); paketi mass ~21–36 t
- Tipuvõimsus (aku): 2–4 MW (C-režiim juhitav)
- Hooratta moodul: 30–50 kWh, 2–5 MW impulss, ~1–2 t
- Regeneratsioon: ~70% laskumise potentsiaalist püütud
Mida hooratas tegelikult teeb
Ta salvestab võimsust, mitte läbitavat vahemaad. Mõelge sellele kui elektronide amortisaatorile. Stardihetkel annab hooratas 2–5 MW mõneks sekundiks, akud hingavad rahulikult 0,5–1,0 C juures. 200 t koormaga sõidu ajal? Hooratas neelab regeneratsiooni tipu ja seejärel „tilgutab“ paketti.
Energiavood & paketid (numbrid, mida saab „käes hoida“)
Energia ühe sõidu kohta (neto)
| Marsruut | Energia / sõit | Märkused |
|---|---|---|
| Lühike & õrn • 1 km @ 3% tõus | ~37 kWh | Regeneratsioon katab suurema osa laskumisest |
| Põhistsenaarium • 2 km @ 5% tõus | ~107 kWh | Selle järgi mõõdame platsid |
| Pikem • 3 km @ 5% tõus | ~161 kWh | Suuremad platsid või trollitee |
| Järsem • 2 km @ 8% tõus | ~156 kWh | Siin särab hooratas |
Eeldatakse: 200 t koorem, 190 t tühi, 10 m/s kiirus, 90% jõuülekanne, 70% regeneratsioon.
Pakettide valik vahetuse järgi
3 sõitu/tund. Planeeritud 80% tühjendus (DoD) pikaealisuseks.
| Marsruut | 10 tunnine vahetus | 12 tunnine vahetus | Märkus |
|---|---|---|---|
| Lühike & õrn | ~1.4 MWh | ~1.7 MWh | 2 MWh pakett — mugav |
| Põhistsenaarium | ~4.0 MWh | ~4.8 MWh | 4–5 MWh pakett |
| Pikk/püsiv | ~6.0–6.3 MWh | ~7.2–7.5 MWh | Kasuta trollibussi või rohkem laadimisaega |
4 MWh pakett ~0.32 MW keskmisega (alus) umbes 12,5 tundi. Platvormid katavad ülejäänu; hoorattad tasandavad tipud.
Eelnevalt arvutatud marsruudid
Ühe veoauto võimsus & platvormi hinnang (alus: 3 sõitu/tunnis)
Laadimine ainult peatuspauside ajal ~15 min/tunnis (25% töötsükkel). Laadija+paketi efektiivsus ~90%.
| Marsruut | kWh/tunnis | Platvormi võimsus ühendamisel | Soovitus |
|---|---|---|---|
| Lühike & õrn | ~111 | ~0.5 MW | Iga punkti kohta üks platvorm |
| Põhistsenaarium | ~321 | ~1.5 MW | Kaks platvormi pöördekoha juures |
| 3 km @ 5% | ~483 | ~2.2 MW | Platvorm + trollitee |
| 2 km @ 8% | ~468 | ~2.1 MW | Platvorm + hooratta rõhk |
Platvormi võimsus ≈ (kWh/tund) / (0,25 × 0,90). Planeerimisega väldime massilist ühendamist.
Pargi energia (baas)
20 veoautot • 200 t • 3 sõitu/t • 2 km @ 5% tõus.
| Mõõdik | Väärtus |
|---|---|
| Võimsus | 288 000 t/p. |
| Veokenergia | ~155 MWh/p. |
| Pargi keskmine võimsus | ~6.4 MW |
| Kogu objekti keskmine võimsus (ekskavaatorite/pumpadega) | ~12–18 MW |
Numbrid vastavad 1. osale, et lugu terviklikuna hoida.
Mida annab trollitee (kaldteega)
Paigaldage 2–3 MW ülemine kontaktvõrk tõusul. See toidab ronimist otse ja samal ajal täiendab pakette.
| Juhtum | Puhas kWh/sõit | Vajalik ala võimsus | Märkus |
|---|---|---|---|
| Baaspunkt (ilma troleibussita) | ~107 | ~1.5 MW | Nagu eespool |
| Tõusu troleibuss 2 MW | ~20–40 | ~0.3–0.6 MW | Regeneratsioon katab suurema osa laskumisest |
Kuna tõusu potentsiaal ≈106 kWh/sõit 2 km/5% juures, siis selle lõigu toitmine kaotab suurema osa puhtast kulu.
Laadimine ja troleibusside valikud (vali oma Lego)
Ümberpööramise ala laadijad
- 1.5–2.5 MW DC pantograaf iga postituse jaoks
- Ühendamine ümberpööramise ajal; 3–6 min impulsid
- Võimas AC peavõrk + objekti aku silub ülespoole
Nõlva troleibuste tee
- 2–3 MW ülemine kontaktvõrk nõlval
- Toidab tõusu + laadib pakette
- Vähendab pakettide suurust või platvormide võimsust
Vahetatavad paketid (valikuline)
- 5–8 min vahetus ümberlaadimisjaamas
- Sobib kaugetele objektidele ilma troleibussita
- Vajalikud varupaketid (~10–20%)
Miks mitte lihtsalt „suuremad akud"?
Üle ~5 MWh ühe veoauto kohta hakkab paketi mass/ruum „varastama" kasulikku koormust ja CAPEX-i. Parem hoida pakette mõistliku suurusega ja lisada liikuva energia (troleibus) või suure võimsusega platvorme. Akud toodavad energiat; hoorattad — võimsust.
Pargi orkestreerimine (kuidas hoida „balleti" sujuvust)
„Relay“ aju
- Plaanitakse ühendusaknad, et korraga oleks ühendatud vähe seadmeid.
- Järkjärgult tõuseb, et tasandada võimsuse graafikut.
- Telemeetria abil prognoositakse rehvide ja pidurite kulumist — ilma üllatusteta.
Mikrovõrgu mälud
- Platvormid: 1 iga 6–8 veoauto kohta (baas), 2 10-st — reserviks.
- Objekti aku: 1–2 tundi keskmise pargi koormuse mahutavus.
- PV ülejääk: 1,5–2,0× keskmisest — et veoautod laadiksid päeval.
Ohutus ja naabrid (tahtlikult igav)
Elektriohutus
- Omavahel lukustatud peatuskohad; mingit „elavat“ kontakti kuni täieliku ühenduseni.
- Tulekahju korral elemendid keraamilises isolatsioonis; ventilatsioon õue, mitte kabiinidesse.
- Hooratas soomustatud trummis; riketele vastupidavad laagrid; vaakumandurid.
Inimesed ja rahu
- Akustilised plaadid laadijate peal; park <75 dBA aia juures.
- Ilma diisli suitsu ja NOx-ita. Tolmu summutavad suitsutajad ja kaetud ribad.
- Valgustus ainult alla; kotkad tiirlevad endise järve kohal (osa 1).
Puudutage, et avada K&K
„Kas üks veok saab teist laadida?“
Jah, aeglaselt. V2V DC-liini kaudu turvaliste voogudega tasakaalustamiseks. Tavaliselt lubame veoautodel laadida objekti — peatuskohast akusse — ja objekt toidab ülejäänuid. Vähem kaableid teel, rohkem naeratusi.
„Mis rikneb kõigepealt?“
Rehvid — alati rehvid. Kuid regeneratsioon + vektorjuhtimine muudab pidurite kulumise komöödiaks ja autonoomia kaotab „heroismi“ aukudes. Paketid tsüklitakse sujuvalt hoorataste tõttu; teenindus meenutab pikka, vaikselt loetavat raamatut.
„Kas trolleytee on vaeva väärt?“
Kui teie tõus on pikk või järsk — kindlasti jah. See vähendab ~100 kWh/sõidu kohta 2 km/5% juures ja vähendab peatuskohtade võimsust ~2–5×. Muul juhul piisab peatuskohtadest kompaktsete karjääride jaoks.
„Kas me saame töötada 24/7 ilma peatumata?“
Praktiliselt jah: ühendus tõlkimise ajal + aeg-ajalt mikropeatused. Trolleyga jõuavad paketid tõlkimisele rohkem laetud kui lahkusid. Ballet ei aeglustu.
Järgmine: Transport ja vood — kohalikud või globaalsed (osa 8). Kas me transpordime aatome või lõplikke vorme? Joonistame maailma arterid.