サバイバルで作った火山発電設備の設計詳細(ポンコツ)
サバイバルで作った火山発電設備の詳細です。
プレイ日記の記事に入れると長そうだったのでこちらに抜粋。
注意点：この記事の設備は火山の特性により設定値を変える必要があること、一部設計ミスがあるのでそのまま流用すると悲しいことになることをご了承ください
この設備の目的と背景
火山から噴出されるマグマは膨大な熱量を持っています。これを蒸気タービンを使って熱を電力に変え、冷やされたマグマは火成岩となるのでハッチの餌となり、お肉と石炭が持続的に入手できるようになるので飼いならすとハッピーハッピーやんけって感じの間欠泉。
現在サバイバルでプレイ中のコロニーでは実績解除に挑戦中。その一つに「Super Sustainable(超持続可能)」というのがあり、二酸化炭素を出す発電が出来ないため電力源に制限があり、蒸気タービンが使える火山はとっても有用。
出てくるマグマをガンガン発電に使ってしまうと休眠期には電力不足に陥ってしまう恐れもあるため、膨大な熱源を活動期に貯め込み、これを少しずつ取り出すことで「休眠期も含め一定の電力を供給し続けたい」というのが目的になります。
使用する火山のステータス
活動期には242.1kgを81s秒間(計19.6t)噴出を行った後は10210s=17cycle待機状態になります。火山はどいつもこいつも突出的な噴火をします。
休眠期も含めた平均噴出量は1111.2g/s。最小800~最大1600g/sなのでほぼ平均的な噴出量ですね。
ONI Assistantのページでこの火山で蒸気タービンでどれくらいの電力に変換できるのかを調べます。
約110℃まで蒸気タービンで熱破壊をすると仮定すると常時2台半くらいが稼働できるくらいの熱量があることが分かります。
これに加えて蒸気タービンの排熱は液体クーラーで冷やして再び蒸気タービンに吸わせます。蒸気タービンの排熱は熱破壊量の1/10のため、実際には扱う熱量が約1.11倍になるので2000W近くを常時発電できることになります。
これらから「休眠期も含め常時2000Wを安定して発電」を達成するための構成を目指します。これが１つ目の目標。
２つ目の目標(課題)としては設備のスペースです。
サバイバルでの火山の配置は下図のようになっており、右側は地表までの主幹が通っており左側は画面端。なかなか窮屈な状態。
主幹をズラせばスペースは確保出来るのですが、工夫次第で何とかなるためこのスペース内で頑張ります。
よく見かける下図のような構成は活動期と休眠期とで発電量にムラが出来てしまいます。また、横長にスペースは取れないので使えません。
３つ目の目標は素材と設備の制限です
まだ貧乏なコロニーなのでダイヤモンドがありません。よってダイヤモンドは使えません。また、コンベア温度センサーも研究がまだ進んでいないので使えません。
鋼鉄は作れるようになったので使いますが、貧乏なのでやはり最小限に。
そして作ったのがこちら
構成
ロッカー君が佇んでおりますが特に意味はありません。
スキルがなくて壊せなかっただけなので不要です。(恥)
動作説明
①火山がマグマを噴出
②噴出されたマグマは2気体圧縮により、マグマプールに貯め込まれる
普通のタイルでは圧力で壊れてしまう恐れがあるので耐えられるように気流タイル又はエアロックを使用します。
圧縮の詳しいことについては公式フォーラムの下記を参照。１マス１物質の原則と液体の自由落下を利用して流動を制御しています。
③鉛プールの温度が650℃未満の時、マグマプールのドアが開き、マグマが鉛プール上の網状タイルに落ちてくる。
融解鉛を使う理由としては鉛は327～1749℃の間で液体であることが非常に都合がいいからです。
セル同士の熱交換の計算式は「熱伝導率の相乗平均 x 温度差 x 1000 * M」
Mは材料の種類によって異なる乗数。
気体から固体へは25、液体から液体への625、それ以外なら1。
鉛の熱伝導率は11とそれほど高くはないですが、マグマと融解鉛は液体同士の熱交換になるので熱交換量がバチクソ多くなります。
機械式ドアとこれに繋がる電線と自動化ワイヤーは高温になるため鋼鉄。
自動化制御については上のメモリスイッチとフィルターゲートで開く時間を調整しています。マグマは固体化するときに１セル1500kg程度を超えてくると瓦礫ではなくタイル化してしまいます。マグマにかかっている圧力で可変しますが0.5s程度にしておくと大体400kg程度が1回で取り出せるので安全に瓦礫化させられます。
温度センサーからの信号をそのまま機械式ドアに繋ぐとマグマ落下から実際に温度センサーに温度が伝わるまでのタイムラグがあるのでマグマの流量が多くなり、タイル化してしまう量を超えてしまいます。
（※フィルターゲートの時間は実際の経過時間ではなくプレイ速度に影響を受けるので注意が必要。倍速するほど設定時間よりも短くなります。処理が重い場合も同じ。短すぎて落ちてこない場合は0.1sずつ伸ばしてみる。）
下のメモリスイッチとタイマーセンサーは定期リセット用。
仮に一度の開閉でラグにしろバグにしろマグマが落下してこなかった場合、そのまま延々と待ち続けて硬直してしまいます。定期的にリセットさせることでこの硬直状態を防ぎます。
④冷やされたマグマが瓦礫化して火成岩になり、網状タイルの上に蓄積される
網状タイルの中で瓦礫化したアイテムは網状タイルの上に出現します。
瓦礫化するときに同じ種類の瓦礫がそのセルに既にある場合、熱量が正確に合算されないバグがあるのでこれを防ぎます。
また、真空中の網状タイルの上の瓦礫は、タイルと熱交換をしません。これにより約1400℃で火成岩に変化次第、この温度で無制限にストックすることができます。
温度が瞬間的に高くなるのでタイルは黒曜石、網状タイルは鋼鉄を選択。
左の温度センサーの裏には鉄の熱交換プレートが貼ってありますが必要はないかも。
⑤-1 上段のボイラー室の温度が180℃未満のとき、ドアヒートシンクが閉じてボイラー室へ熱が伝わり蒸気タービンにより発電される
鉛プール側の温度センサー「400℃未満で開く」は鉛が固体化するのを防ぐためです。安定期に入れば必要ないですが、稼働開始初期は設備全体の暖気のためにマグマが足りない場合があります。
素材は熱が伝わる順に言うと鉛プール→金属タイル(鉄)→機械式ドア(鋼鉄)→通常タイル(花崗岩)となっています。
機械式ドアは金属鉱石か鋼鉄でないと作れません。金属鉱石はどれも熱伝導率が低いので、泣く泣く鋼鉄を使っています。
機械式ドアより後段は急激な熱の変化をさせないようにするため、程よい熱伝導率の花崗岩製の通常タイルです。
ちなみにボイラー室内の熱交換プレートもすべて花崗岩製です。ダイヤモンドなんていらんかったんや！
ちなみにボイラー室は1000kg分の水が入っています。
⑤-2 上段のボイラー室の温度が180℃以上のとき、ドアヒートシンクは開いてボイラー室間は真空になるのでボイラー室へ熱を伝えない。蒸気タービンにより熱破壊しボイラー室の温度を180℃まで下げる。
⑥1cycleに1回自動掃除機が動き、コンベアレールに火成岩が送られる
コンベアローダーは1000kgまで格納可能であり、自動掃除機は1回1000kgまで運搬可能なので省電力化のために自動掃除機の稼働時間を制限しています。。
⑦火成岩は約1400℃の状態から鉛プール付近を周回してからコンベアメーターにより1.112kg(平均噴出量)に分割され、下側へ
鉛プール周辺のタイルは溶けないように黒曜石を選択。
コンベアメーターで平均噴出量に分割することで一定の割合で熱を送り込めます。
また、分割の待ち時間を作ること黒曜石タイルでも十分に熱を移すことができます。
タイル内の瓦礫の熱交換は「熱伝導率の低い方 * 温度差 * 1000」なので火成岩の熱伝導率が2.0なことから金属タイルやダイヤモンド製の窓タイルを使う必要はあまりありません。（奪った熱を他へ早く移せるという利点はある）
⑧分割された火成岩は下側のボイラー室を通り110℃まで冷却される。
⑨火成岩は蒸気タービンの傍を通り、25度まで冷却される。
通常600~700℃の火成岩をそのままコンベアで送り続けるとボイラー室の温度が上がりすぎてしまいますが、パケットを1.112kgと小さくしているので垂れ流しでいい具合の温度で発電できます。
ボイラー室はそれぞれの部屋に水は200kg。
下段右側の蒸気タービンは125℃以下まで冷やすためにスプリットタイプ。
排水は流体バルブを1200g/sに設定してそれぞれの部屋に送っています。
参考までに周囲温度と火成岩自体の温度は下記になります
周囲温度
火成岩の温度
⑩蒸気タービンの排熱は液体クーラーで回収。自動掃除機とコンベアローダーの冷却はタービンの排水で冷却
上部の蒸気タービンの冷却は金属パイプをケチっているので大体50～60℃。
下部の蒸気タービン側はぜいたくに使っているので液体クーラーの設定温度です。
以上。
発電量の調整
後はこの構成でちょうど2000W近くを発電できるようにマグマ流入用の温度センサーの閾値やボイラー室のドアヒートシンクの開閉の温度閾値を変えます。
マグマ流入用の温度センサーを上げると
・マグマの流入頻度up
・下部への瓦礫の温度up→下段の蒸気タービンの発電量up
・マグマの流入頻度up
・上段のボイラー室の温度up→上段の蒸気タービンの発電量up
マグマの流入頻度が多すぎると休眠期にマグマが足りなくなります。
逆に流入頻度が低すぎると下段のボイラー室へ火成岩が送れなくなってしまいます。
下段への火成岩の温度が低すぎると熱量が足りず蒸気タービンがうまく動かなくなります。
いい具合に調整しなければなりません。
sandboxで色々試行錯誤したところ「マグマ流入用の温度センサー閾値：650℃」「ドアヒートシンクの開閉の温度閾値：180℃」とするといい具合に発電するようになりました。
300cycleほど様子見した結果
初めはまだ設備が温まっていないので休眠期で少しへこんでいますが、それ以降は
大体平均して1cycle1200kJ=2000Wを発電！やったぜ！
セットアップ関連
①鉛プールは熱交換プレートで準備。
マグマを瓦礫化するときには瞬時に行うために鉛のプールに入れる構成ですが、初めにそのまま瓦礫で鉛を置くと熱が伝わるまでに非常に時間がかかります。
瞬時に融点まで達することに加えて量もキッチリ800kg準備できて楽ちん。
②マグマプールの圧縮用の気体はあらかじめ準備。
パイプはマグマで溶けないように黒曜石を使いましょう。
噴火するとこんな感じになるのでー
パイプを破壊すればOK！
問題点
問題点①
常時2000W発電を達成したぜ！と思っていたのですが、これは火成岩を110℃にまで冷却する場合の発電量。火成岩をハッチの餌にしようと今回は25℃まで冷やしているので2132Wの発電が正しい目的とする発電量でした。ガバガバじゃないか！私の頭は！
設備が動かなくなるような設計ミスではないので気が向いたときに少し発電量をあげれば良いかね・・・。
問題点②
そしてマグマプールに目をやるとどうもマグマの量がどうも多い・・・。
平均噴出量で消化しているのでもっと少ないはずなのになぜ・・・
よくよく観察してみるとコンベアメーターの後ろで変なパケットを発見。
コンベアメーターで20kgのパケットを1.112kgずつに刻んでいるのですがどうもパケットを跨いでは分割できず、20回に1回はこんなパケットを送っていたみたいです。
ふぇーん。
・・・ということはこれを見越してあらかじめ1/20ずつ加算した1.17kgで区切ればいいのかな？また新たな課題が出来てしまいました。
というわけで今回はここまで。
まだまだ完成系と言えないですが、どこかで生かせる部分があると幸いです。
