메가 밴과 플라이휠
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시리즈: Mining & Materials • 7부
Mega Vans & Flywheels — 구르는 배터리로서의 트럭
우리 세상에서 트럭은 연소하지 않고 버퍼 역할을 합니다. 각 “mega van”은 몇 메가와트시의 전력을 탑재한 200톤 적재 로봇이며, 전력 급증을 아침 식사로 삼는 플라이휠을 갖추고 있습니다. 이들은 운송을 전기 시스템의 일부로 만들며, 예외가 아닙니다.
오늘의 미션
트럭을 먼저 에너지 장치로, 그 다음에 차량으로 설계하세요.
공개 사전 계산된 경로, 팩 크기, 충전기 전력 (JS 불필요).
증명 조용한 전자로 초고속 채굴 및 건설이 가능함을.
왜 트럭을 배터리로 사용하는가 (그리고 왜 현장이 더 빨라지는가)
우리는 지구를 펄스로 움직입니다: 적재, 등반, 하강, 하강. 배터리는 펄스를 싫어하지만 플라이휠은 좋아합니다. 그래서 각 트럭은 두 가지 역할을 합니다: 질량 운반과 전력 버퍼링. 결과는 24시간 내내 움직이는 더 차분한 마이크로그리드, 적은 피크 하드웨어, 그리고 도서관과 체육관이 공존하는 듯한 작업장입니다.
- 온보드 저장소가 모든 정차를 그리드를 평준화할 기회로 만듭니다.
- 플라이휠이 급가속과 하강을 흡수하여 배터리와 충전기를 보호합니다.
- 회생 제동 내리막이 등반을 보상합니다 — 전자가 엘리베이터를 타고 내려갑니다.
플랫폼 사양 (대량 생산, 중요한 부분은 맞춤형)
Mega Van — 기본형
- 적재 중량: 200 t
- 공차 중량: ~190 t (팩 포함)
- 최고 속도 (현장): 36 km/h (10 m/s)
- 등판: 10 m/s 속도에서 5–10% 경사 (보조 차선 선택 가능)
- 구동: 4개의 인휠 모터, 벡터 제어
에너지 모듈
- 메인 팩: 3–5 MWh (LFP급); 팩 무게 약 21–36 t
- 최대 전력 (배터리): 2–4 MW (C-율 관리)
- 플라이휠 팟: 30–50 kWh, 2–5 MW 버스트, 약 1–2 t
- 회생 제동: 하강 잠재력의 약 70% 포착
플라이휠이 실제로 하는 일
이것은 주행 거리(range)가 아니라 전력을 완충합니다. 전자를 위한 충격 흡수 장치라고 생각하세요. 벤치에서 출발할 때? 플라이휠은 몇 초 동안 2–5 MW를 제공하고, 배터리는 0.5–1.0 C로 부담을 덜어줍니다. 200톤의 하중을 버리나요? 플라이휠이 회생 제동 급증을 흡수한 후 팩에 천천히 전달합니다.
에너지 흐름 및 팩 (직접 확인할 수 있는 수치)
여행당 에너지 (순)
| 경로 | 에너지 / 여행 | 참고 사항 |
|---|---|---|
| 짧고 부드러운 • 3% 경사에서 1 km | ~37 kWh | 회생 제동이 하강의 대부분을 보상 |
| 기본 사례 • 5% 경사에서 2 km | ~107 kWh | 우리는 이 기준으로 패드 크기를 정할 것임 |
| 더 긴 운송 • 3 km @ 5% 경사 | ~161 kWh | 더 큰 패드 또는 트롤리 |
| 더 가파름 • 2 km @ 8% 경사 | ~156 kWh | 플라이휠이 여기서 빛남 |
200 t 적재, 190 t 공차, 10 m/s 순항, 90% 구동계, 70% 하강 재생 가정.
교대별 팩 크기
시간당 3회 운행. 긴 수명을 위해 방전 깊이를 80%로 계획함.
| 경로 | 10시간 교대 | 12시간 교대 | 참고 |
|---|---|---|---|
| 짧고 부드러운 | ~1.4 MWh | ~1.7 MWh | 2 MWh 팩 컴피 |
| 기본 사례 | ~4.0 MWh | ~4.8 MWh | 4–5 MWh 팩 |
| 길고 가파름 | ~6.0–6.3 MWh | ~7.2–7.5 MWh | 트롤리 사용 또는 더 많은 충전 시간 |
4 MWh 팩이 0.32 MW 평균(기본 사례)일 때 약 12.5시간 지속됩니다. 패드가 나머지를 처리하며, 플라이휠이 피크를 완화합니다.
사전 계산된 경로
트럭당 전력 및 패드 등급 (기본: 시간당 3회 운행)
정차 중 충전만 약 15분/시간(25% 작업률). 충전기+팩 효율 약 90%.
| 경로 | kWh/h | 도킹 시 패드 전력 | 추천 |
|---|---|---|---|
| 짧고 부드러운 | ~111 | ~0.5 MW | 베이당 싱글 패드 |
| 기본 사례 | ~321 | ~1.5 MW | 덤프장에 듀얼 패드 |
| 3 km @ 5% | ~483 | ~2.2 MW | 패드 + [open] 레인 |
| 8% 경사 2 km | ~468 | ~2.1 MW | 패드 + 플라이휠 집중 |
패드 전력 ≈ (kWh/h) / (0.25 × 0.90). 모두가 한 번에 도킹하지 않도록 일정을 조정합니다.
함대 에너지 (기본)
20대 트럭 • 200 t • 시간당 3회 왕복 • 5% 경사 2 km.
| 지표 | 가치 |
|---|---|
| 처리량 | 288,000 t/일 |
| 운반 에너지 | ~155 MWh/일 |
| 평균 함대 전력 | ~6.4 MW |
| 현장 범위 (삽/펌프 포함) | ~12–18 MW |
숫자는 Part 1과 일치하여 이야기가 일관되게 유지됩니다.
트롤리 레인이 제공하는 것 (오르막 지원)
언덕 구간에 2–3 MW의 오버헤드 라인을 설치하세요. 이 라인은 등반에 직접 전력을 공급하고 동시에 팩을 충전합니다.
| 사례 | 순 kWh/여행 | 패드 전력 필요 | 참고 |
|---|---|---|---|
| 기본 (트롤리 없음) | ~107 | ~1.5 MW | 위와 같음 |
| 언덕 위 트롤리 2 MW | ~20–40 | ~0.3–0.6 MW | 재생 제동이 하강의 대부분을 커버함 |
언덕 위 위치 에너지는 2 km/5%에서 약 106 kWh/여행이므로, 해당 구간에 전력을 공급하면 대부분의 순 소비를 없앨 수 있습니다.
충전 및 트롤리 옵션 (원하는 Lego를 선택하세요)
덤프-패드 충전기
- 1.5–2.5 MW DC 베이당 팬터그래프
- 덤핑 중 도킹; 3–6분 간격
- 중형 AC 버스 + 현장 배터리가 상류를 원활하게 함
오르막 트롤리 차선
- 2~3 MW 등반 시 오버헤드
- 등반 및 미세 충전 공급
- 팩 크기 또는 패드 등급 대폭 감소
핫스왑 팩(선택 사항)
- 덤프 스테이션에서 5~8분 교체
- 트롤리가 없는 원격 사이트에 적합
- 예비 팩 풀 필요(~10~20%)
왜 “그냥 더 큰 배터리”가 아닌가?
트럭당 약 5 MWh 이상부터 팩 무게/공간이 적재량과 자본 지출을 잠식하기 시작합니다. 팩을 적절하게 유지하고 이동 중 에너지(트롤리) 또는 고출력 패드를 추가하는 것이 더 깔끔합니다. 배터리는 에너지를, 플라이휠은 출력을 담당합니다.
함대 조율(발레가 원활하게 유지되는 방법)
릴레이 브레인
- 패드 동시 사용을 낮게 유지하도록 도크 창을 예약.
- 전력 소모를 평탄하게 하기 위해 등반을 단계적으로 조정.
- 원격 측정으로 타이어 및 브레이크 마모 예측; 놀라움 없음.
마이크로그리드 경험 법칙
- 패드: 트럭 6~8대당 1개(기본 사례), 여유를 위해 10대당 2개.
- 사이트 배터리: 평균 함대 부하에 대해 1~2시간 크기.
- PV 과대설치: 낮 동안 트럭 충전을 위해 평균의 1.5–2.0배.
안전 및 이웃 (설계상 지루함)
전기 안전
- 상호 잠금된 패드; 완전히 도킹될 때까지 라이브 접촉 없음.
- 팩 화재 셀은 세라믹으로 격리; 캐빈이 아닌 외부로 배기.
- 장갑 드럼 내 플라이휠; 실패 방지 베어링; 진공 센서.
사람과 평화
- 충전기에는 음향 패널; 울타리에서 함대 소음 <75 dBA.
- 디젤 연기 없음, NOx 없음. 미스트와 포장된 차선으로 먼지를 억제합니다.
- 조명은 아래쪽만 비추며; 매는 여전히 미래의 호수(1부)를 방문합니다.
Tap‑to‑open Q&A
“한 대의 트럭이 다른 트럭에 전력을 공급할 수 있나요?”
네, 천천히입니다. DC 링크를 통한 V2V는 균형을 위해 안전한 속도로 이루어집니다. 우리는 주로 트럭이 현장을 전력 공급하도록 합니다 — 패드에서 배터리로 — 그리고 현장은 나머지를 전력 공급합니다. 도로 위 케이블은 줄고, 미소는 늘어납니다.
“무엇이 먼저 고장날까요?”
타이어, 항상 타이어입니다. 하지만 재생 제동과 벡터 제어는 브레이크 마모를 코미디 수준으로 줄이고, 자율 주행은 포트홀 영웅담을 방지합니다. 플라이휠 덕분에 팩은 부드럽게 사이클하며, 수명은 길고 조용한 책처럼 보입니다.
“트롤리는 번거로울 가치가 있을까요?”
오르막 구간이 길거나 가파르면, 절대적으로 그렇습니다. 2km/5%에서 약 100kWh/여행을 절감하고 패드 전력을 약 2–5배 줄입니다. 그렇지 않으면, 패드만으로도 콤팩트한 갱도에 적합합니다.
“우리가 멈추지 않고 24시간 7일 운영할 수 있을까요?”
실제로는 예: 도킹하면서 덤핑 + 가끔의 마이크로 정차. 트롤리와 함께, 팩은 떠날 때보다 더 충전된 상태로 덤프에 도착합니다. 발레는 흐름을 멈추지 않습니다.
다음 순서: 운송 및 흐름 — 지역 대 글로벌 (8부). 우리는 원자를 운송할까요, 아니면 완성된 형태를 운송할까요? 세계의 동맥을 지도화할 것입니다.