Серія: Видобуток & матеріали • 7 частина
Megavanи та маховики — вантажівки як рухомі акумулятори
У нашому світі вантажівки не спалюють паливо — вони працюють як буфери. Кожен «megavan» — це робот із корисним навантаженням 200 т, з кількома мегават-годинами на бортовій батареї та маховиком, який «з'їдає» стрибки потужності на сніданок. Вони роблять візок частиною електричної системи, а не винятком.
Сьогоднішня місія
Спроєктувати вантажівку насамперед як енергетичний пристрій, а вже потім — як транспортний засіб.
Опублікувати заздалегідь розраховані маршрути, розміри акумуляторів і потужність зарядних пристроїв (без JS).
Довести, що ми можемо копати і будувати дуже швидко з тихими електронами.
Чому вантажівки як батареї (і чому це прискорює майданчик)
Рухаємо ґрунт імпульсами: завантажуй, піднімай, перекидай, спускайся. Батареї не люблять імпульсів; маховики — обожнюють. Тож кожен вантажівка виконує дві задачі: везе масу і буферизує потужність. Результат — рух 24/7, спокійніша мікромережа, менше пікової техніки та кар'єрів, що звучить як бібліотека зі спортзалом.
- Бортове накопичення перетворює кожну зупинку на можливість вирівняти мережу.
- Маховики поглинають стрибки (старти, підйоми перекидання), захищають батареї та зарядні пристрої.
- Регенерація при спуску повертає енергію підйому — електрони «спускаються ліфтом» вниз.
Специфікації платформи (масове виробництво, адаптується за потреби)
Megavanas — база
- Корисне навантаження: 200 т
- Порожня маса: ~190 т (з пакетом)
- Максимальна швидкість (об'єкт): 36 км/год (10 м/с)
- Підйом: 5–10% підйому 10 м/с (допоміжні смуги — опційно)
- Привід: 4 інтегровані двигуни на колесо, векторне керування
Енергетичні модулі
- Основний пакет: 3–5 МВт·год (клас LFP); маса пакета ~21–36 т
- Пікова потужність (батарея): 2–4 МВт (C‑режим керований)
- Модуль маховика: 30–50 кВт·год, 2–5 МВт імпульс, ~1–2 т
- Регенерація: ~70% потенціалу спуску захоплюється
Що насправді робить маховик
Він буферизує потужність, а не пройдений шлях. Думайте про це як про амортизатор електронів. При старті зі стоянки маховик дає 2–5 МВт на кілька секунд, батареї дихають спокійно на рівні 0,5–1,0 C. Під час розвантаження 200 т вантажу? Маховик поглинає пік регенерації і потім «зливає» у пакет.
Потоки енергії & пакети (числа, які можна «взяти до рук»)
Енергія на один рейс (чиста)
| Маршрут | Енергія / рейс | Примітки |
|---|---|---|
| Короткий & м’який • 1 км @ 3% підйом | ~37 кВт·год | Регенерація покриває більшість спуску |
| Базовий випадок • 2 км @ 5% підйом | ~107 кВт·год | За цим ми розмірковуватимемо майданчики |
| Довший • 3 км @ 5% підйом | ~161 kWh | Більші майданчики або тролейний шлях |
| Крутіший • 2 км @ 8% підйом | ~156 kWh | Тут маховик сяє |
Припущення: 200 т вантаж, 190 т порожньо, 10 м/с швидкість, 90% ККД приводу, 70% рекуперація.
Вибір пакетів за зміною
3 рейси/год. Планується 80% розряд (DoD) для довговічності.
| Маршрут | 10 год. зміна | 12 год. зміна | Примітка |
|---|---|---|---|
| Коротко & м'яко | ~1.4 MWh | ~1.7 MWh | 2 MWh пакет — зручно |
| Базовий випадок | ~4.0 MWh | ~4.8 MWh | 4–5 MWh пакет |
| Довгий/стійкий | ~6.0–6.3 MWh | ~7.2–7.5 МВт·год | Використовуйте тролейбуси або більше часу зарядки |
4 МВт·год пакет при ~0.32 MW середньому (база) часу ~12,5 год. Майданчики покривають залишок; маховики вирівнюють піки.
Попередньо розраховані маршрути
Потужність одного вантажівки & рейтинг майданчика (база: 3 рейси/год.)
Зарядка лише під час зупинок ~15 хв/год. (25% робочого циклу). ККД зарядного пристрою+пакету ~90%.
| Маршрут | кВт·год/год. | Потужність майданчика при підключенні | Рекомендація |
|---|---|---|---|
| Коротко & м'яко | ~111 | ~0.5 MW | По одній майданчику для кожної точки |
| Базовий випадок | ~321 | ~1.5 MW | Дві майданчики біля розвороту |
| 3 км @ 5% | ~483 | ~2.2 MW | Майданчик + тролейний шлях |
| 2 км @ 8% | ~468 | ~2.1 MW | Майданчик + акцент на маховику |
Потужність майданчика ≈ (кВт·год/год.) / (0,25 × 0,90). Планування уникає масового підключення.
Енергія парку (база)
20 вантажівок • 200 т • 3 рейси/год. • 2 км @ 5% підйом.
| Метрика | Значення |
|---|---|
| Пропускна здатність | 288 000 т/д. |
| Енергія перевезення | ~155 MWh/д. |
| Середня потужність парку | ~6.4 MW |
| Середня потужність всього об'єкта (з екскаваторами/насосами) | ~12–18 MW |
Числа збігаються з частиною 1, щоб історія залишалася цілісною.
Що дає тролейний шлях (з допомогою підйому)
Встановіть 2–3 MW верхню контактну мережу на підйомі. Вона живить підйом безпосередньо і одночасно доповнює пакети.
| Випадок | Чистий кВт·год/рейс | Потрібна потужність майданчика | Примітка |
|---|---|---|---|
| База (без тролею) | ~107 | ~1.5 MW | Як вище |
| Підйомний тролей 2 MW | ~20–40 | ~0.3–0.6 MW | Регенерація покриває більшість спуску |
Оскільки потенціал підйому ≈106 кВт·год/рейс при 2 км/5%, живлення цієї ділянки усуває більшість чистого споживання.
Заряджання та тролейні опції (оберіть свій Lego)
Зарядні пристрої на майданчику розвороту
- 1.5–2.5 MW DC пантограф для кожного поста
- Підключення під час розвороту; імпульси 3–6 хв
- Потужна AC магістраль + батарея об'єкта згладжує вгору
Тролейбусна дорога на схилі
- 2–3 МВт верхня контактна мережа на схилі
- Живить підйом + заряджає пакети
- Зменшує розмір пакетів або потужність стоянок
Змінні пакети (опційно)
- 5–8 хв. заміна на станції розвантаження
- Підходить для віддалених об'єктів без тролею
- Потрібні запасні пакети (~10–20%)
Чому не «просто більші батареї»?
Понад ~5 МВт·год на вантажівку маса/об'єм пакета починає «красти» корисне навантаження і CAPEX. Чистіше тримати пакети розумного розміру і додавати енергію в русі (тролейбуси) або високопотужні стоянки. Акумулятори виробляють енергію; маховики — потужність.
Оркестровка парку (як підтримувати «балет» рівним)
Мозок «Relay»
- Планує вікна підключення, щоб одночасно підключалося небагато.
- Піднімається сходами, щоб вирівняти графік потужності.
- З телеметрії прогнозує зношення шин і гальм — без сюрпризів.
Пам'ять мікромережі
- Стоянки: 1 на кожні 6–8 вантажівок (база), 2 з 10 — резерв.
- Акумулятор об'єкта: 1–2 год. ємність при середньому навантаженні парку.
- Надлишок PV: 1,5–2,0× середнього — щоб вантажівки заряджалися вдень.
Безпека і сусіди (навмисно нудно)
Електробезпека
- Взаємно заблоковані майданчики; жодного «живого» контакту до повного підключення.
- У разі пожежі елементи в керамічній ізоляції; вентиляція на вулицю, не в кабіни.
- Маховик у броньованому барабані; стійкі до відмов підшипники; вакуумні датчики.
Люди і спокій
- Акустичні панелі на зарядках; парк <75 дБА біля огорожі.
- Без дизельного диму, без NOx. Пил гаситься курильниками та покритими стрічками.
- Освітлення лише вниз; яструби все ще кружляють над майбутнім озером (1 частина).
Натисніть, щоб відкрити K&K
«Чи може одна вантажівка зарядити іншу?»
Так, повільно. V2V через DC магістраль безпечними потоками для балансування. Зазвичай дозволяємо вантажівкам заряджати об'єкт — від майданчика до батареї — а об'єкт живить інших. Менше кабелів на дорозі, більше усмішок.
«Що ламається найпершим?»
Шини — завжди шини. Але регенерація + векторне керування перетворюють зношування гальм на комедію, а автономність усуває «героїзм» у ямах. Пакети циклічно заряджаються м'яко через маховики; обслуговування нагадує довгу, тихо прочитану книгу.
«Чи вартий тролейний шлях зусиль?»
Якщо ваш підйом довгий або крутий — точно так. Він усуває ~100 кВт·год/рейс на 2 км/5% і зменшує потужність майданчиків у ~2–5 разів. Інакше одних майданчиків цілком достатньо для компактних кар'єрів.
«Чи можемо працювати 24/7 без зупинок?»
Практично так: підключення під час розвантаження + час від часу мікро-зупинки. З тролейбусом пакети прибувають на розвантаження більш зарядженими, ніж виїхали. Балет не сповільнюється.
Далі: Транспорт і потоки — місцеві чи глобальні (8 частина). Чи перевозимо атоми, чи кінцеві форми? Намалюємо артерії світу.