Как построить маршрут, чтобы роботу хватило энергии?
Роботу нужно вернуться на базу, но энергии осталось всего на 3 шага. Каждая звезда пополняет энергию ещё на 3 шага. Построй маршрут робота на базу так, чтобы ему хватило энергии.
Робот может двигаться
«налево» left (1) , «направо» right (1) ,
«вниз» down (1) и «вверх» up (1) ..
Робот— розовый квадрат справа вверху
База— красная точка
комментировать
в избранное бонус
Ира ЛДВО на БВ [267K]
более года назад
Суть в том, что робот не может двигаться по диагонали. испробовав 3 варианта я пришла к выводу, что надо идти по наикратчайшему пути. Вот он:
Имея вначале 3 шага энергии, робот делает шаг к первой звезде и теряет 1ш, но звезда даёт ему ещё 3ш, стало 5ш. Робот делает 2 шага влево — 3ш и берёт +3 от звезды стало 6. Робот идёт вниз на 2 шага и вправо на 1 шаг на 2 шага вниз до звезды. Стало 1ш и +3ш от звезды будет 4ш. Ещё ниже 3ш и влево к звезде стало 5. Этого как раз хватит, чтобы дойти до базы. Робот дошёл до базы и энергия на нуле.
Следующий рисунок я прошла с первого раза. До первой звезды один шаг, значит будет 5ш, до второй звезды 2 шага, значит будет 6ш. До третьей звезды тоже 2 шага, значит будет 7ш Путь вниз закончен, надо влево на 2 шага и подниматься вверх через звезду с энергией 7 шагов. 5 шагов влево до последней звезды и с 3ш вверх и направо до базы и в нуль.
Я подписала все заряды и разрядки шагов на картинках.
Гравитационные накопители энергии
В Tehachapi (Калифорния) есть странная железная дорога: когда дует ветер, вагончик въезжает в гору, а когда стихает — скатывается вниз.
Технология ARES служит для аккумулирования энергии от источников периодического действия — солнечных и ветряных электростанций.
Когда выработка энергии высока (ветер дует, солнце светит), вагоны с помощью электродвигателей заезжают в гору — накапливают потенциальную энергию. Если выработка энергии падает, а потребление растет (вечер — ветер стих, солнце скрылось), вагоны скатываются, двигатели при этом работают в режиме генератора и отдают электроэнергию в сеть.
Обычно для этих целей используют воду (см. ГАЭС), но в условиях Калифорнии это не очень удобно из-за дефицита воды.
Пишут, что эффективность системы составляет 86%. И добавляют, что у системы
— более низкая стоимость жизненного цикла, чем батарей;
— более быстрая реакция, чем у ГАЭС; да и вода не требуется, что актуально для засушливых районов.
Описанная пилотная горка построена рядом с парком ветрогенераторов.
Экспериментальная тележка (5670 кг, колея 381 мм):
В планах у компании постройка по соседству в Неваде системы с объемом запасаемой энергии 12,5 мегаватт-часов.
Планируется, что это будет однопутная дорога длиной 8 км с уклоном 6,6%. Для нее потребуется 17 сцепок, каждая из которых включает 2 локомотива массой по 220 тонн и 2 вагона с бетонными блоками массой по 150 тонн.
ЭЛЕКТРОМОБИЛЬ СОЗДАН ТОЛЬКО ДЛЯ ГОРОДА? МОЖНО ЛИ ОТЪЕХАТЬ БОЛЬШЕ, ЧЕМ НА 100 КМ ОТ ЗАРЯДНОЙ СТАНЦИИ? «ДОЛГИЕ ПУТЕШЕСТВИЯ НА ЭЛЕКТРОМОБИЛЯХ – ЭТО НЕРЕАЛЬНО!» – СКАЖЕТЕ ВЫ. А ЭЛЕКТРОМОБИЛЬНАЯ ОТРАСЛЬ ОТВЕЧАЕТ: «ЭТО МЫ ЕЩЕ УВИДИМ!»
Сколько споров ведется на эту тему, даже не сосчитать. Владельцы электрокаров уверяют, что больше никогда в жизни не сядут за руль бензиновых и дизельных автомобилей. Их оппонентов же пугает необходимость частой и долговременной зарядки электромобиля.
Неужели электрокарам в дальние путешествия нельзя? Разберемся вместе с ncars.
Раньше маленькие двухдверные электромобили считались идеальным вариантом для города. Небольшого пробега было достаточно для поездок на работу и по делам в течение дня. Они отлично маневрируют среди других автомобилей, но имеют относительно малую скорость движения. Такие электрокары даже называли «женскими» автомобилями, ведь их удобно парковать, что в загруженном пространстве города было чрезвычайным преимуществом. Но увидеть электромобиль на автомагистрали было очень странно и даже сверхъестественно. Казалось, что эта маленькая машина просто заблудилась. Сегодня электромобили постепенно пересекают границы мегаполисов. Благодаря развитию отрасли появляются модели с большим запасом хода и емкостью батареи, а также развивается инфраструктура. Поэтому большинство электрокаров вполне способны на путешествия в другие регионы страны или за ее границы. Однако, учитывая специфику электромобиля, нужно подробно спланировать путешествие и заранее подготовиться к нему.
.jpg)
КАКИЕ ЖЕ ОСОБЕННОСТИ ПУТИШЕСТВИЯ НА ЭЛЕКТРОМОБИЛЕ?
ПУТЕШЕСТВИЕ НА ЭЛЕКТРОКАРЕ ЗА ГРАНИЦЫ ГОРОДА МОЖЕТ ЗАНЯТЬ НА 2-4 ЧАСА БОЛЬШЕ, ЧЕМ НА КЛАССИЧЕСКОМ АВТО
Удобство автомобилей с ДВС в том, что заправка, при отсутствии больших очередей, занимает 5-10 мин. С электромобилями не все так быстро. Перед началом поездки вам необходимо зарядить автомобиль, ведь на загородных дорогах вам вряд ли встретится электрозаправка. Раньше запас хода на электрической тяге составлял максимум 120-150 км, а сейчас на рынке присутствующие модели способны проехать 500-600 км без подзарядки. Итак, вы без проблем сможете доехать из одного города в другой. Но при дальних путешествиях вам все равно придется дозаряжать электромобиль. И это может занять от 40 минут до 2 часов. Так что дальние путешествия на электромобилях вряд ли могут быть спонтанными.
Эффективность транспорта на бензине, батарейках и водороде
В данной статье хотел бы в деталях показать, на сколько в той или иной мере эффективна каждая технология исключительно по энергозатратам на передвижение. Не затрагивается экономическая или другая составляющая о стоимости производства транспорта на таком то приводе, обслуживание, инфраструктура и многое другое.
Итак начнем с бензина. Что мы знаем? Один литр имеет вес ~750гр. и около 10кВтч запасенной энергии. Но сколько нужно потратить энергии, что бы 1 литр бензина оказался в баке транспортного средства? Опустим такие вещи как транспортировка, хранение и др., обсудим лишь добычу и переработку. Средний EROI (energy return on investment — соотношение полученной энергии к затраченной, энергетическая рентабельность. Источник Wikipedia) добычи нефти и переработки в бензин равен 5, т.е. отдаем 5-ую часть, а именно 20%. Это означает, на каждый литр бензина будет затрачено около 2кВтч энергии. Но он же имеет около 10кВтч запасенной энергии, вроде бы как выгодно, но с учетом КПД ДВС, трансмиссии и т.д. суммарный КПД если и будет тех же 20% то уже будет хорошо. Получается какой-то маразм, сначала затратили 2кВтч энергии на добычу и переработку, потом использовали лишь 2кВтч на передвижение, а остальное потери в виде тепла в атмосферу… Еще интересней будет, когда мы сравним расход двух моделей, одна с бензиновым ДВС, другая на батарейках.
Например Ford Focus. У бензиновой версии реальный расход будет около 7л/100км, а у электрической около 14кВтч/100км с батареи (не из сети, к этому еще вернемся). Что мы в итоге имеем:
- бензиновый форд еще ни метра не проехал, но для 7ми литров бензина в баке, было уже затрачено от 14кВтч энергии;
- электрический форд на этом же количестве энергии проедет около 100км!
Но можно ли на этом заканчивать? Нет! Передача электроэнергии в сети также имеет потери, определить их очень сложно, но сказать об этом стоит. В разных случаях имеем несколько преобразований электричества на высокое напряжение для передачи его на большие расстояния потом понижение напряжения для конечного потребителя. Не осмелюсь высказывать какие-то даже усредненные цифры с потерями, но покажу одну картинку, на которой видно, что потери на воздушных линиях ЛЭП составляют ~64%, т.е. почти 2/3 от всех потерь. Т.е. чем дальше находится электростанция от потребителя, тем прилично больше естественно потери…
Среднестатичстический график потерь типовой электрокомпании. Источник asutpp.ru
Локальная энергетика смягчает этот показатель, а если это еще возобновляемый источник энергии (ВИЭ) то еще лучше, но об экологии в другой раз. Получается с электромобилем очень тяжело сказать, сколько именно было затрачено энергии на передвижение, но если мы отбросим потери на передаче электроэнергии, как и не брали в расчет дополнительные затраты на траспортировку нефти и бензина, то получаем вывод, о котором говорили выше: «ЭМ проедет примерно то же расстояние на том же количестве энергии, которое было затрачено для получения Х литров бензина для авто на ДВС».
Если на секундочку отвлечься и вспомнить о том, как долго заряжаются ЭМ и пробег на одном заряде далеко не всегда всем подходит, а как все быстро и далеко на авто с ДВС, то хочется разобраться, может авто на водороде решение всех проблем?
Рассматриваю авто на водородных топливных элементах (ТЭ), где водород смешивается с кислородом в ТЭ и получаемую электроэнергию используют для передвижения с помощью электромотора, вариант с впрыском водорода в ДВС, как на авто с ГБО (метаном) я не беру в пример.
Если совсем коротко то авто на ТЭ: может быстро заправляться (хотя заправок пока не много), «полный бак» за ~5 мин и имеет приличный запас хода, около 400-500км. Хотя например дорогущие теслы и не только тоже имеют запас хода 400-500км (400км модели еще с 2012 года), но заряжаются в лучшем случае на 120км за 5 мин, но авто на ТЭ тоже не дешевые. Простите за мое отступление.
Но на сколько эффективны авто на ТЭ. В среднем реальный расход на 100км находится в пределе 1кг водорода на 100км. А что это вообще такое 1кг водорода? Для начала поговорим о том, что в среднем для 1го кг водорода в баке авто нужно затратить, по информации от разных источников около 50кВтч энергии. Если это так, то это в 2-3 раза менее эффективней чем передвигаться на BEV, электромобиле с батарейками, ведь авто на ТЭ по сути тоже электромобиль, в котором кстати тоже есть небольшая буферная ВВБ.
Проверим так ли это, что аж 50кВтч энергии на 1кг водорода. Т.к. один литр водорода весит 0,09гр то в 1кг водорода имеем около 11.111 литров. Например для получения 1000 литров водорода путем электролиза воды в промышленых масштабах нужно около 4кВтч энергии, получаем 44,444кВтч для 11.111 лтров. Но что бы больше 11 тысяч литров газа поместить в бак, разумных размеров, водород подвергается сжижению, путем многоступенчатого охлаждения, что так же энергозатратно! Так что 50кВтч для 1кг водорода похоже на правду.
Может тогда примерный расход в 1кг/100км завышен, а на самом деле он намного ниже? Проверяем. При реакции водорода с кислородом выделяется около 3кВтч энергии при использовании 1000л водорода. КПД современных ТЭ, к сожалению, около 50%, что означает — из 1кг или 11.111л водорода вместо 33,33кВтч потенциальной энергии «улавливается» лишь половина, т.е. ~16,67кВтч. Т.е. есть потери, нужно еще и прилично охлаждать. Есть потери на заряде буфферной ВВБ и в итоге получаем примерно расход того же форда на батарейках… Физику не обмануть и расход в 1кг водорода на 100км так же похож на правду. На все виды авто есть давно обзоры, тесты, замеры и расход бензина/электричества/водорода давно не секрет.
Как видим, нет ничего идеального на сегодняшний день:
- автомобиль на ДВС остается пока самым удобным, но самым неэффективным;
- автомобиль на батарейках самый эффективный, но не самый удобный;
- автомобиль на ТЭ практически такой же удобный как и автомобиль на ГБО, если бы еще и водородных заправок было бы столько же, но по эффективности где-то посередине.
ДВС уже выжат по своему потенциалу практически до максимума, КПД электромотора и его управления (контроллера), находятся на достаточно высоком уровне, 90-95% и улучшение КПД не приведет к ощутимой улучшения энергоэфективности. Например электромобиль Тесла Модел S при переходе на другой тип двигателя и материалов для контроллера добились небольшого увеличения пробега на одном заряде с такой же емкостью батареи, т.е. немного снизили расход, думаю дальше улучшать уже некуда и дальнейшие улучшения будут в области химии аккумуляторов. Но вот у авто на ТЭ пока еще есть потенциал. Во-первых, снижение затрат на добычу водорода с 4ех вплоть до 3ех кВтч на 1000л. Во вторых поднятие КПД ТЭ, например до хотя бы 75%, тогда на выходе получим от примерно 39кВтч затрат на 1кг водорода (34кВтч на электролиз + около 5кВтч на сжижение), на котором можно будет проехать уже 150км, т.е. с расходом уже 26кВтч/100км вместо 50кВтч/100км сегодня.
Помимо всего этого мир с каждым днем все больше нуждается в эффективной и доступной технологии хранения энергии, но это тема уже для другой статьи.