Серия: Горное дело & материалы • Часть 7
Mega Vans & Flywheels — грузовики как движущиеся батареи
В нашем мире грузовики не сжигают топливо — они буферизуют. Каждый «мега-фургон» — это 200-тонный робот с полезной нагрузкой, оснащённый несколькими мегаватт-часами и маховиком, который справляется с пиковыми нагрузками энергии без проблем. Они делают перевозки частью электрической системы, а не исключением из неё.
Сегодняшняя миссия
Проектируйте грузовик в первую очередь как энергетическое устройство, а во вторую — как транспортное средство.
Опубликуйте заранее рассчитанные маршруты, размеры аккумуляторов и мощность зарядных устройств (JS не нужен).
Докажите, что мы можем добывать и строить супер быстро с тихими электронами.
Почему грузовики как аккумуляторы (и почему они ускоряют работу площадки)
Мы перемещаем землю импульсами: загрузка, подъем, сброс, спуск. Аккумуляторы не любят импульсы; маховики их обожают. Поэтому каждый грузовик выполняет две задачи: перевозка массы и буферизация энергии. В результате — круглосуточное движение с более стабильной микросетью, меньшими пиковыми нагрузками на оборудование и карьером, который звучит как библиотека с тренажерным залом.
- Бортовое хранение превращает каждую остановку в возможность стабилизировать сеть.
- Маховики сглаживают пики (старты, сбросы грузов), защищая аккумуляторы и зарядные устройства.
- Рекуперация на спуске компенсирует подъем — электроны едут вниз на лифте.
Технические характеристики платформы (массовое производство, индивидуально там, где важно)
Mega Van — базовая модель
- Грузоподъемность: 200 т
- Масса без нагрузки: ~190 т (включая аккумулятор)
- Максимальная скорость (на площадке): 36 км/ч (10 м/с)
- Подъем: уклоны 5–10% при 10 м/с (опциональные полосы помощи)
- Привод: 4 мотора в колесах, векторное управление
Энергетические модули
- Основной аккумулятор: 3–5 МВт·ч (класс LFP); масса аккумулятора ~21–36 т
- Пиковая мощность (батарея): 2–4 МВт (управляемый C‑rate)
- Маховик: 30–50 кВт·ч, 2–5 МВт всплеск, ~1–2 т
- Регенерация: захвачено ~70% потенциальной энергии спуска
Что на самом деле делает маховик
Он буферизует мощность, а не запас хода. Представьте его как амортизатор для электронов. Старт с места? Маховик выдает 2–5 МВт на секунды, батареи отдыхают при 0,5–1,0 C. Сбрасываете нагрузку в 200 тонн? Маховик поглощает всплеск регенерации, затем медленно передает его аккумулятору.
Потоки энергии и аккумуляторы (цифры, которые вы можете удержать)
Энергия за поездку (чистая)
| Маршрут | Энергия / поездка | Примечания |
|---|---|---|
| Короткий и плавный • 1 км с уклоном 3% | ~37 кВт·ч | Регенерация покрывает большую часть спуска |
| Базовый случай • 2 км с уклоном 5% | ~107 кВт·ч | Мы будем подбирать колодки по этому параметру |
| Длиннее маршрут • 3 км с уклоном 5% | ~161 кВт·ч | Больше колодок или троллейбус |
| Круче • 2 км с уклоном 8% | ~156 кВт·ч | Маховик здесь проявляет себя |
Предполагается 200 т полезной нагрузки, 190 т пустого веса, 10 м/с крейсерская скорость, 90% трансмиссия, 70% рекуперация при спуске.
Размер комплекта по сменам
3 поездки/час. Планируемая глубина разряда 80% для долгого срока службы.
| Маршрут | 10‑часовая смена | 12‑часовая смена | Примечание |
|---|---|---|---|
| Короткий и плавный | ~1.4 MWh | ~1.7 MWh | 2 MWh комплект комфортный |
| Базовый вариант | ~4.0 MWh | ~4.8 MWh | 4–5 MWh комплект |
| Длинный/крутой | ~6.0–6.3 MWh | ~7.2–7.5 MWh | Используйте троллейбус или увеличьте время зарядки |
Аккумулятор на 4 МВт·ч при средней мощности 0.32 MW (базовый вариант) работает ~12.5 ч. Площадки справляются с остальным; маховики сглаживают пики.
Предварительно рассчитанные маршруты
Мощность на грузовик и рейтинг площадки (база: 3 рейса/ч)
Зарядка только во время остановок ~15 мин/ч (25% нагрузки). КПД зарядного устройства и аккумулятора ~90%.
| Маршрут | кВт·ч/ч | Мощность площадки при стыковке | Рекомендуется |
|---|---|---|---|
| Короткий и плавный | ~111 | ~0.5 MW | Одна площадка на отсек |
| Базовый вариант | ~321 | ~1.5 MW | Двойные площадки на свалке |
| 3 км @ 5% | ~483 | ~2.2 MW | Площадки + путь для тележки |
| 2 км при уклоне 8% | ~468 | ~2.1 MW | Фокус на площадках + маховике |
Мощность площадки ≈ (кВт·ч/ч) / (0.25 × 0.90). Мы планируем так, чтобы все не подъезжали одновременно.
Энергия парка (базовая)
20 грузовиков • 200 т • 3 рейса/ч • 2 км при уклоне 5%.
| Метрика | Значение |
|---|---|
| Пропускная способность | 288,000 т/день |
| Энергия на перевозку | ~155 MWh/день |
| Средняя мощность парка | ~6.4 MW |
| Граница участка (с лопатами/насосами) | ~12–18 MW |
Цифры совпадают с Частью 1, чтобы история оставалась последовательной.
Что дает вам путь для тележки (помощь при подъеме)
Установите воздушную линию 2–3 MW на подъёмном участке. Она напрямую питает подъём и одновременно подзаряжает аккумуляторы.
| Случай | Чистая кВт·ч/поездка | Необходимая мощность площадки | Примечание |
|---|---|---|---|
| База (без троллейбуса) | ~107 | ~1.5 MW | Как выше |
| Подъёмный троллейбус 2 MW | ~20–40 | ~0.3–0.6 MW | Рекуперация покрывает большую часть спуска |
Поскольку потенциальная энергия подъёма ≈106 кВт·ч/поездка при 2 км/5%, питание этого участка устраняет большую часть чистого потребления.
Опции зарядки и троллейбуса (выберите Lego, который вам нравится)
Зарядные устройства на площадке для разгрузки
- 1.5–2.5 MW DC пантограф на отсек
- Стоянка во время разгрузки; всплески по 3–6 мин
- Тяжёлый AC автобус + аккумулятор на площадке сглаживает нагрузку вверх по течению
Полоса троллея в гору
- 2–3 МВт потерь на подъёме
- Обеспечивает зарядку при подъёме и подзарядку
- Сокращает размер аккумулятора или мощность пэда
Горячая замена аккумуляторов (опционально)
- 5–8 минут замены на станции выгрузки
- Хорошо для удалённых площадок без троллея
- Требует резервный пул аккумуляторов (~10–20%)
Почему не «просто больше аккумуляторов»?
При примерно ~5 МВт·ч на грузовик вес/объём аккумулятора начинает отнимать полезную нагрузку и капиталовложения. Чисто держать аккумуляторы разумного размера и добавлять энергию в движении (троллей) или высокомощные пэды — лучше. Аккумуляторы дают энергию; маховики — мощность.
Оркестровка автопарка (как балет остаётся плавным)
Мозг ретранслятора
- Планирует окна дока так, чтобы одновременное использование пэдов оставалось низким.
- Чередует подъёмы, чтобы выровнять потребление энергии.
- Прогнозирует износ шин и тормозов по телеметрии; никаких сюрпризов.
Правила микросети
- Пэды: 1 на 6–8 грузовиков (базовый вариант), 2 на 10 для запаса.
- Аккумулятор на площадке: рассчитан на 1–2 часа средней нагрузки автопарка.
- Переразмерение PV: 1.5–2.0× среднего для зарядки грузовиков при дневном свете.
Безопасность и соседи (скучно по замыслу)
Электробезопасность
- Блокированные площадки; нет живых контактов до полной стыковки.
- Ячейки пожара в пакете керамически изолированы; вентиляция наружу, не в кабины.
- Маховик в бронированном барабане; подшипники с защитой от отказа; вакуумные датчики.
Люди и мир
- Акустические панели на зарядных устройствах; флот <75 дБА у забора.
- Нет дизельных выхлопов, нет NOx. Пыль удерживается с помощью туманообразователей и асфальтированных дорожек.
- Освещение направлено только вниз; ястребы всё ещё посещают будущее озеро (Часть 1).
Tap‑to‑open Q&A
«Может ли один грузовик питать другой?»
Да, медленно. V2V через DC-связь на безопасных скоростях для балансировки. В основном мы позволяем грузовикам питать площадку — от площадки к батарее — а площадка питает остальное. Меньше кабелей на дороге, больше улыбок.
«Что ломается первым?»
Шины, всегда шины. Но рекуперация + векторное управление снижают износ тормозов до комичных уровней, а автономность предотвращает героизм на ямах. Пакеты циклируются бережно благодаря маховикам; срок службы выглядит как длинная, спокойная книга.
«Стоит ли троллейбус хлопот?»
Если ваш подъём длинный или крутой, однозначно. Он стирает ~100 кВт·ч/поездку при 2 км/5% и уменьшает мощность площадки примерно в 2–5 раз. В противном случае одни площадки отлично подходят для компактных карьеров.
«Можем ли мы работать 24/7 без остановок?»
Практически да: док‑во время выгрузки + случайные микро‑остановки. С троллейбусом пакеты прибывают на свалки более заряженными, чем уходили. Балет не сбивается с ритма.
Далее: Транспорт и потоки — локальный против глобального (Часть 8). Мы перевозим атомы или готовые формы? Мы нанесём на карту артерии мира.