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流浪地球:直接使用核能和燃料,电力不是主流?

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借着小破球的热点,前两天为大家闲扯了影片中几个领域的用钢情况。(点击查看:防护服 补给站 运载车


片中两大重工网红:重型运载车和行星发动机(太空站已经审美疲劳了。。。),昨天讲了运载车,今天就聊聊行星发动机。


影片描述的未来能源主要有核能(重核聚变)和化学能(运载车加燃料),电力的应用貌似少量出现(动力装甲/防护服和民用电),难道在流浪的地球上,电已经不是一种主要的能源了吗?


流浪地球时代用量最大的仍是电力


因为【行星发动机】是个用电大户


根据影片设定和网上资料分析,影片中的行星发动机是一种“离子发动机”,工作的基本原理来源于世界航天理论的先驱、纽约大学教授罗伯特·戈达德。他在20世纪初就前瞻性的首次提出了利用电磁场加速离子来推进飞行器的设想。(划重点:电磁场加速


离子电推发动机原理示意图

图中两块绿色的板即为加速用的栅格板

图片来源Wikipedia


影片中多次提到重核聚变,让人误以为核能可以直接驱动行星发动机。但从科学的角度来说,重核聚变的目的是为了获得电力,然后用电作为主要能源驱动行星发动机。


电力系统的心脏是变压器

变压器专用钢叫硅钢(电工钢)


按行星发动机的推力来说(150亿吨/座),需要配套庞大的电力系统,而变压器是电力系统的心脏,制造变压器需要一种专用钢——取向硅钢(电工钢)。


考虑到小破球时期能源相对紧缺(毕竟那是个长达2500年的宏大计划),对能源的损耗必须控制到最低。那么,参考现有科技水平,能买到的损耗最低的取向硅钢在哪里?


日本?美国?欧洲?


都不是,在中国!


最近宝武集团宝钢股份自主开发的0.18毫米规格060等级(B18R060)极低铁损取向硅钢新品实现了全球首发,比当今国际最高等级还高两个牌号,是目前世界上损耗最低的取向硅钢


说到取向硅钢,在几十年前国内大型水电站和大型输配电网都要使用进口材料。但是随着近年来技术突破和合并重组,宝武集团已经是全球最强的电工钢生产商之一了。


宝武的取向硅钢在实际应用中有空载损耗降低约50%的案例。不过呢,从材料的角度上说,取向硅钢仍不是最优选择。


有一种材料叫“非晶合金”


非晶合金还有另外一个名字——金属玻璃,我们身边也能见到,iphone的卡针就是用这玩意做的。


铁基非晶合金可以用于制造非晶合金变压器,它的空载损耗要比硅钢作为铁芯的传统变压器低约70-80%,对电网的节能降耗效果相当显著。

(注:钴基非晶合金和铁基纳米晶合金的电磁性能都非常优秀。)


不过现阶段用非晶合金给影片中的行星发动机造输配送电设施还不现实,一方面价格太贵,另一方面还无法制造大尺寸的产品。当然了,小破球时代点的是重工业科技树,连重核聚变都搞定了,量产大尺寸非晶合金应该也毫无难度。


话说,行星发动机也没啥了不起的


柴哥用1分钟造出来的原型机

诸位以为如何~



小知识

1、1998年发射升空的美国“深空一号”(Deep Space-1)试验性探测器使用了基于静电力的离子电推发动机,将戈达德教授的设想变成了现实。这种发动机使用氙作为推进剂。当氙进入发动机室后,其中的氙原子核和电子首先在电场的作用下分离,使氙原子核变成游离的氙离子。之后,氙离子进入了发动机中的两片栅格网之间,由其间的静电场加速到较高的速度后喷出。



2、为了提高离子电推发动机的性能,航天工程师们又提出了霍尔效应发动机和磁等离子体力学发动机的设计。这两种发动机的共同特点是,不再像静电离子发动机那样使用有形的栅格网来加速离子,而是在发动机中构造无形的交错电磁场,利用电磁力加速粒子,从而能在一定程度上提高发动机在单位时间内能够喷出的推进剂总量,使电推发动机获更高的瞬时推力。


3、非晶合金还太远,在目前的应用中,宝钢股份的电工钢仍是最优选择:

B18P080、B20P080率先用于制造出超目前国家1级能效标准的卷绕铁芯硅钢配电变压器,空载损耗降低20%以上,噪声水平在33dB以下。

B18R060、B18R065、B20R065、B20R070、B23R070新产品率先用于制造出超目前国家1级能效标准的硅钢叠片铁芯配电变压器,空载损耗降低30%以上。

B23R075新产品,更率先在世界电压等级最高、输送容量最大、送电距离最长、技术水平最先进的昌吉-古泉±1100kV特高压直流输电工程实现了示范应用。

B20R070新产品已用于制造110kV宝钢轧机主变压器,空载损耗降低约50%


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