Tutorial:Kernenergie
Kernenergie erfordert im Vergleich zu Solarenergie oder Heizkesseln eine höhere Technologie, bietet dafür aber eine sehr hohe Energieausbeute. Sie ist eine ausgezeichnete Lösung für die Energieerzeugung im mittleren bis Endspiel und funktioniert gut in Kombination mit anderen Energieerzeugungstechniken.
Dieser Leitfaden ist für Leute geschrieben, die genau wissen möchten, wie Kernenergie funktioniert, aber nicht gleich alle Lösungen beschrieben haben wollen. Er konzentriert sich darauf, was man tun sollte und was man wissen sollte, um die Kernenergie zum Laufen zu bringen, aber er erklärt nicht im einzelnen was genau man alles tun muss oder wie Probleme gelöst werden.
Erste Schritte
- Erforderliche Technologie: Kernenergie
- Man kann Uranerz auch schon vorher abbauen, aber man muss die Kernenergie-Technologie erforscht haben, um etwas sinnvolles damit anfangen zu können.
Uranerz
Um beginnen zu können, benötigt man Uranerz. Es leuchtet grün, man kann es also nicht übersehen. Es neigt allerdings dazu, kleinere Vorkommen zu bilden, und deshalb muss man möglicherweise eine Weile suchen, um ein gutes Abbaugebiet zu finden.
Wie jedes andere Erz im Spiel kann man es mit einem elektrischen Erzförderer abbauen. Im Gegensatz zu allen anderen Erzen bedarf es jedoch mehr als nur einen elektrischen Erzförderer. Außerdem muss man dem Bohrer Schwefelsäure zuführen. Die Bohrer leiten überschüssige Säure durch, so dass eine ganze Reihe von Bohrern von einer Seite aus mit Säure versorgt werden kann.
- Gemischte Erze: Wenn ein Erzförderer auch nur auf ein einziges Stück Uranerz stößt, muss ihm Säure zugeführt werden, sonst wird er aufhören zu arbeiten sobald er auf das erste Stück Uranerz stößt. Der Erzförderer produziert wie üblich gemischtes Erz.
Erzverarbeitung
Sobald man rohes Uranerz erhalten hat, muss dieses zu Uran-235 und Uran-238 verarbeitet werden. Dies geschieht in einer Zentrifuge.
In einer Zentrifuge ohne Module werden alle 12 Sekunden zehn Erze verarbeitet.
Zentrifugen produzieren eine Kombination aus U-235 (das hellgrüne Zeug) und U-238 (das dunkelgrüne Zeug). Diese zehn verarbeiteten Erze haben die Chance, genau eines dieser beiden Produkte zu werden. Wenn 10k Erz verarbeitet werden, erhält man im Durchschnitt:
| Anzahl | Produkt |
|---|---|
| 7 | U-235 |
| 993 | U-238 |
Das bedeutet, dass man beim Verarbeiten von 1428 Erzen erwarten kann, ungefähr ein einziges U-235 zu erhalten. Bei einer Zentrifuge kann man also erwarten, dass sie alle 1716 Sekunden 1 U-235 produziert. Später spielt das keine so große Rolle mehr. Wenn man anfängt, ist dies jedoch ein wichtiger Engpass.
- Apropos Durchschnitt: Bedenke, Zufall ist Zufall. Diese Werte sind Durchschnittswerte. Das bedeutet, dass man auf lange Sicht ungefähr diese Werte erhält. In der Realität wird man lange Phasen ohne U-235 und kurze Phasen mit viel davon sehen. Letztendlich wird es keine große Rolle spielen. Aber am Anfang sollte man sicherstellen, dass die Erzeugungsrate ausreichend hoch ist oder man eine ausreichende Reserve hat, damit man während einer Pechsträhne nicht ohne Strom dasteht.
Brennstoff
Bevor man sie in einem Kernreaktor verbrennen kann, muss man Uran-Brennelemente herstellen. Man wird wahrscheinlich zunächst eine Montagemaschine 2 benutzen, also wird ein 10er Stapel Brennelemente in ebenfalls 13,3 Sekunden hergestellt. Das ist auch gut so, denn die Erstellung der Brennelemente wird nur sehr selten der Engpass sein.
Man wird nicht automatisch alles U-235 in Brennstoff umwandeln wollen. Man sollte nur das umwandeln, was man zum Befüllen des Reaktors benötigt. Man wird vielmehr einen großen dicken Vorrat davon haben wollen, wenn man später den Kovarex-Anreicherungsprozess erforscht.
Brennelemente werden in 10er-Stapeln hergestellt, und um einen solchen Stapel herzustellen, benötigt man 1 U-235, 19 U-238 und 10 Eisenplatten.
- Tipp: Es wäre keine schlechte Idee, einfach eine eine Kiste zu benutzen einen Haufen Eisen hineinzustecken, anstatt das Eisen per Fließband herbeizuschaffen. Eine volle Kiste mit Eisen wird einem wahrscheinlich nicht ausgehen, bevor man Logistikroboter bekommt und sie durch eine Anforderungskiste ersetzen kann.
Jedes Brennelement hat einen nominalen Energiewert von 8 GJ, aber es ist möglich, sie mit dem Reaktor-Nachbarbonus noch weiter zu bringen (mehr dazu später).
Kernreaktor
Sobald man Brennstoff hat, muss man ihn in einem Kernreaktor verbrennen. Dies ist der erste Schritt, um ihn in nutzbare Energie umzuwandeln.
Ein Reaktor erzeugt genau 40 MW an Wärmeenergie. Da ein Watt ein Joule pro Sekunde ist, bedeutet dies, dass der Reaktor alle 200 Sekunden ein Brennelement verbraucht.
Wenn ein Brennelement verbraucht ist, produziert der Reaktor ein "Verbrauchtes Uran-Brennelement", das entsorgt werden muss. Anfänglich sammeln sich diese einfach in einer Kiste an. Schließlich kann man sie zu U-238 wiederaufbereiten.
- Rückwärts gerechnet: Ein Reaktor verbraucht alle 200 Sekunden ein Brennelement, und jedes U-235 gibt 10 Brennelemente, also liefert jedes U-235 2000 Sekunden Reaktorleistung. Eine Zentrifuge benötigt etwa 1714 Sekunden, um ein U-235 zu produzieren, also braucht man in etwa eine Zentrifuge pro Reaktor im Rahmen der Erzverarbeitung.
Der Reaktor benötigt Brennstoffzufuhr und produziert Wärme, die über Wärmerohre abgeführt werden muss, die zu einem Wärmetauscher führen (es sei denn, ein Wärmetauscher ist direkt den Reaktor angeschlossen).
Wärmetauscher
Der Wärmetauscher nimmt Wärme auf und nutzt sie, um Wasser in Dampf umzuwandeln. Er funktioniert ähnlich wie der Heizkessel, aber statt Brennstoff zu verbrennen, muss man ihn an eine Wärmequelle anschließen. Der Eingang für die Wärme wird durch eine Flamme markiert, wenn man ihn platziert.
Bei einfachen Reaktorkonstruktionen kann man ihn direkt an den Reaktor anschließen (der an den ebenfalls mit einer Flamme markierten Stellen Wärme erzeugt).
Wärmetauscher benötigen ebenfalls eine Wasserzufuhr, genau wie Heizkessel. Sie können bis zu 103,09 Einheiten/Sekunde Wasser zu 500°C heißem Dampf erhitzen. Eine Wasserpumpe kann maximal 1200 Wasser/Sekunde produzieren, was den Bedarf von 11,64 Wärmetauschern deckt. Die Flussrate von Flüssigkeiten muss beachtet werden, wenn Wasser zu Wärmetauschern geliefert wird.
Wärmetauscher produzieren nichts, wenn sie unter 500°C sind. Da sie nur als Folge der Erwärmung von Wasser abkühlen, werden sie niemals unter diese Temperatur abkühlen, wenn sie sie einmal erreicht haben.
Wärmetauscher übertragen 10 MW Leistung, also braucht man 4 Wärmetauscher, um die von einem einzelnen Reaktor produzierte Leistung vollständig zu verbrauchen. (Nachbarboni können dies deutlich erhöhen, dazu später mehr.)
Der Dampf kann dann mit normalen Rohren zur Dampfturbine transportiert werden.
Wärmerohre
Für komplexere Konstruktionen werden Wärmerohre benötigt. Wärmerohre funktionieren ähnlich wie normale Rohre. Wie normale Rohre haben sie einen begrenzten Durchsatz, was bedeutet, dass kürzere Rohre besser sind.
Wärmerohre werden genau wie Wasserrohre Punkt zu Punkt, Flamme zu Flamme, verbunden. Wärmerohre können nicht unterirdisch verlegt werden. Wenn man also Wasserrohre kreuzen muss, muss das Wasserrohr unterirdisch verlegt werden. Sie blockieren jedoch nicht die Bewegung des Spielers, so dass man direkt über sie laufen kann.
Der Durchsatz bei Wärmerohren ist deutlich begrenzter als bei normalen Rohren, zum Teil weil es keine analoge "Wärmepumpe" gibt. Hier sind einige grobe Grenzen für die Übertragungsstrecke:
| Energie | Entfernung |
|---|---|
| 40 MW | ~133 |
| 80 MW | ~59 |
| 120 MW | ~45 |
| 160 MW | ~30 |
| 240 MW | ~10 |
| ~278 MW | 4 |
| ~284 MW | 3 |
| ~290 MW | 2 |
| ~297 MW | 1 |
| ~302 MW | 0 |
Bei längeren Entfernungen wird weniger als 100 % der Leistung übertragen. Das liegt daran, dass sich die Wärme aus dem Reaktor bei dieser Entfernung nicht schnell genug ausbreitet, um das Rohr bei laufendem Betrieb auf über 500 ºC zu erhitzen. Wenn die Wärme jedoch nicht genutzt wird, breitet sie sich viel weiter aus, da es keinen Wärmeverlust über die Zeit oder die Entfernung gibt, so dass sie sich aufbaut, bis sie wieder genutzt wird.
- Wärmerohrspeicher: Wärmerohre können auch eine ganze Menge Wärme speichern. Ein einzelnes Wärmerohr kann so viel Energie speichern wie ein Tank mit 5,1k Dampf darin, was sie sogar noch platzsparender als Tanks zum Speichern von Energie macht (wenn auch wesentlich teurer). Man muss allerdings vorsichtig damit sein und beachten, wie langsam sich Wärme durch das System bewegt. Ein Reaktor verbrennt immer Brennstoff, wenn dieser zur Verfügung gestellt wird, wird aber nie über 1000 Grad gehen. Unzureichende Wärmerohre übertragen möglicherweise nicht genug Wärme zu den Wärmetauschern und erlauben es dem Reaktor, 1000 Grad zu erreichen, an welchem Punkt der Brennstoff verschwendet wird - die Wärme geht ins Nichts und nicht in die Wärmetauscher.
Der Durchsatz kann auch in Form von Wärmetauschern pro Rohr betrachtet werden. Wärmetauscher können auf beiden Seiten eines Wärmerohrs platziert werden. Zwei oder mehr Rohre parallel zu verlegen, kann die Distanz, die die Wärme transportiert wird, verlängern.
| Parallele Rohre | Wärmetauscher auf einer Seite) | Wärmetauscher auf beiden Seiten |
|---|---|---|
| 1 | 21 | 31 |
| 2 | 29 | 42 |
Diese Bild zeigt zudem wie die Entfernung zwischen Wärmequelle und Wärmetauscher die Leistung beeinflusst. Der letzte Wärmetauscher in jeder Reihe arbeit möglicherweise nicht mit voller Kapazität.
Dampfturbine
Diese sind der große Bruder der Dampfmaschine. Der von den Wärmetauschern produzierte Dampf muss nun mit normalen Flüssigkeitsrohren in diese Turbinen geleitet werden.
- Perfekte Ergänzung: Die Dampfturbine passt perfekt zum Wärmetauscher. Die Dampfmaschine passt perfekt zum Heizkessel. Obwohl man auch aus nicht aufeinander abgestimmten Systemen Energie gewinnen kann, ist dies nicht angebracht, weil es Ressourcen verschwendet.
Dampfturbinen verbrauchen bis zu 60 Einheiten Dampf/Sekunde, also braucht man ungefähr zwei Dampfturbinen für jeden Wärmetauscher. Auf großen Skalen kommt man mit etwas weniger Turbinen aus, da die Wärmetauscher nur 103,09 Dampf/Sekunde produzieren. Man benötigt eine extra Pumpe für jeweils 20 Turbinen.
Die einfachste funktionierende Kombination
Nun haben wir alle Teile, um unseren allerersten Reaktor zu bauen:
- Ein paar Uran-Erzförderer, die mit Schwefelsäure versorgt werden
- 1 Zentrifuge, die Uranerz verarbeitet
- 1 Montagemaschine, die Uran-Brennelemente herstellt
- 1 Kernreaktor
- 4 Wärmetauscher, die von einer einzelnen Gewässerpumpe versorgt werden
- 8 Dampfturbinen
Und natürlich diverse Fließbänder, Greifarme, filternde Greifarme und andere Werkzeuge, um Gegenstände zu transportieren. Dies wird eine maximale Leistung von 40 MW erzeugen.
Darüber hinaus
Jenseits des einfachsten Reaktors gibt es einige zusätzliche Nuklearenergie-Aspekte, die man kennen sollte.
Nachbarbonus
Dies ist ein entscheidender Teil der Skalierung nuklearer Designs, aber es ist nicht kompliziert. Einfach ausgedrückt:
Jeder Reaktor erhält +100% Heizleistung für jeden aktiven Nachbarreaktor.
Die Nachbarn müssen sich auf jeder Seite komplett berühren, so dass die Reaktoren in einem schönen quadratischen Raster aufgereiht werden. Wenn man das tut, wird der Nachbarbonus aktiviert. Den aktuellen Bonus kann man sehen, wenn man den Mauszeiger über einen aktiven Reaktor hält.
Der Bonus auf die Heizleistung erhöht nicht den Brennstoffverbrauch. Vielmehr erhöht er einfach die produzierte Wärme!
Das bedeutet natürlich, dass man mehr Wärmetauscher und Dampfturbinen benötigt, um die Wärme in Strom zu verwandeln.
| Konfiguration | Reaktoren | Wärmetauscher | Wasserpumpen | Turbinen | Leistung | Leistung pro Reaktor |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Einzeln | 1 | 4 | 1 | 7 | 40MW | 40MW |
| 2×1 | 2 | 16 | 2 | 28 | 160MW | 80MW |
| 2×2 | 4 | 48 | 5 | 83 | 480MW | 120MW |
| 2×3 | 6 | 80 | 7 | 138 | 800MW | 133MW |
| 2×4 | 8 | 112 | 10 | 193 | 1120MW | 140MW |
| 2×5 | 10 | 144 | 13 | 248 | 1440MW | 144MW |
| 2×6 | 12 | 176 | 16 | 303 | 1760MW | 147MW |
| 2×7 | 14 | 208 | 18 | 358 | 2080MW | 149MW |
| 2×8 | 16 | 240 | 21 | 413 | 2400MW | 150MW |
Wie man die Anzahl an Wärmetauschern ermittelt: Anzahl der Kanten zählen, an denen sich die Reaktoren vollständig berühren. Diese Zahl verdoppeln. Dazu die Gesamtzahl der Reaktoren addieren. Dann das ganze multiplizieren mit 4. Das ist die Anzahl der Wärmetauscher. Man benötigt 1,718 Turbinen pro Wärmetauscher (aufgerundet). Jeder Wärmetauscher liefert bis zu 10 MW Leistung.
Immer an!
Im Gegensatz zu jeder anderen Stromerzeugungstechnik, skalieren Kernreaktoren den Stromverbrauch NICHT herunter. Kernreaktoren verbrauchen weiterhin alle 200 Sekunden ein Brennelement, unabhängig vom Bedarf.
Wenn der Reaktor seinen Brennstoff verbraucht, erhitzt er sich auf eine maximale Temperatur von 1000°C. An diesem Punkt wird zusätzlich verbrannter Brennstoff einfach verschwendet. Dies ist die einzige Möglichkeit, Energie im System zu verlieren, da alle Wärmeübertragungen perfekt effizient sind.
Turbinen passen ihre Produktion (und ihren Dampfverbrauch) an den Bedarf an. Ebenso verbrauchen Wärmetauscher keine Wärme, wenn es keinen Platz für den Dampf gibt.
- Turbinen und Dampfmaschinen: Man muss bedenken, dass Dampfturbinen und Dampfmaschinen beide die gleiche "Klasse" von Energieerzeugern sind, so dass sie alle zusammen skaliert werden müssen. Das bedeutet, dass in einem kompletten Energiesystem die Heizkessel mit Kohle befeuert werden können, selbst wenn das Kernkraftwerk die Last vollständig abdecken könnte. Und, was noch schlimmer ist, die Kernenergie wird einfach verschwendet!
Aus diesem Grund sollte man Akkumulatoren, Stromschalter und Schaltungsnetz-Logik zu verwenden, um Heizkessel abzuschalten, wenn die Kernkraftwerke den Bedarf decken können.
Die einfachste Lösung für dieses Problem ist, die Kernreaktoren nur einen Teil der Zeit laufen zu lassen. Man kann den Dampf in Tanks speichern (Dampf schwimmt übrigens, man schaue sich sich die "Füllstandsanzeige" an). Da Wärmetauscher 103 Dampf/Sekunde produzieren und ein Tank 25k Dampf fasst, speichert ein Tank soviel Dampf wie ein Wärmetauscher in 242,5 Sekunden produziert.
Man kann einen oder zwei Tanks an das Ende eines jeden Wärmetauschers stellen und Schaltungsnetz-Logik verwenden, um nur dann ein Brennelement in die Reaktoren einzuführen, wenn diese leer werden. Man muss darauf achten, dass alle Reaktoren zur gleichen Zeit betankt werden, sonst erhält man nicht den vollen Reaktor-Nachbarbonus. Wenn man es nicht vermeiden kann, zuviel Brennstoff in die Reaktoren einzufüllen, kann man noch mehr Tanks hinzufügen, um den Zyklus weiter zu verlängern.
Anreicherung
- Erforderliche Technologie: Kovarex-Anreicherungsprozess
- Der Kovarex-Anreicherungsprozess ermöglicht es, etwas U-238 in U-235 umzuwandeln, aber es ist langsam und benötigt eine Menge U-235 als Katalysator.
Die ersten paar Ressourcenfelder mit Uranerz reichen für eine ordentliche Zeitspanne, aber irgendwann wird einem das Erz und der Platz für das überflüssige U-238 ausgehen. Die Anreicherung hilft, beide Probleme zu lösen.
Der Anreicherungsprozess dauert 60 Sekunden in einer Zentrifuge ohne Module. Er erfordert 40 U-235 (!) und 5 U-238 und erzeugt 41 U-235 und 2 U-238. Genaugenommen werden 3 U-238 genommen in 1 U-235 umgewandelt. Die zusätzlichen 40 U-235 und 2 U-238 dienen als Katalysator.
- Einfach alles umwandeln!: Bevor man einfach alles umwandelt!, sollte man bedenken, dass man 19 U-238 für jedes 10er-Pack von Brennelement benötigt, sowie für Uranmunition, die man in Beißer und deren Nester einlagern will. Mit Hilfe der Schaltungsnetz-Logik kann man zu groß angelegte Anreicherungsoperationen begrenzen.
Eine Zentrifuge ohne Module, die Uran anreichert, reicht aus, um 33,33 Reaktoren mit Brennstoff zu versorgen, vorausgesetzt, es gibt genügend U-238. Eine Zentrifuge mit zwei Produktivitätsmodulen reicht aus, um 25,2 Reaktoren zu versorgen. Eine Zentrifuge mit zwei Produktivitätsmodulen 3 reicht aus, um 28 Reaktoren zu versorgen.
Wiederaufbereitung von Brennstoff
- Erforderliche Technologie: Wiederaufbereitung von Kernbrennstoff
- Die Wiederaufbereitung verwandelt verbrauchte Brennelemente in U-238.
Irgendwann hat man keinen Platz mehr, um die abgebrannten Brennelemente zu lagern. Mit der Wiederaufbereitung kann man sie wieder in U-238 umwandeln, um es erneut für die Anreicherung, für Brennelemente oder für Munition einzusetzen. Von den 19 U-238, die in jeden 10er-Stapel Brennelemente gehen, liefert dies 6 zurück. Dies reduziert den Gesamtbedarf an Erz für Kernbrennstoff erheblich.
Rohmaterialkosten um einen einzelnen Reaktor zu betreiben (Endspiel)
Wasser ist kostenlos und unendlich, also gibt es nur zwei Kosten einen Kernreaktor zu betreiben. Eine ist das Material um die Gebäude zu bauen und die anderen sind das Material für die Brennelemente. Da die Baumaterialien nur einmalig benötigt werden, werden wir nur die Ressourcen berücksichtigen, die benötigt werden um genügend Brennelemente zu produzieren um einen Kernreaktor durchgehend zu betreiben. Und wir werden bei der Berechnung den Kovarex-Anreicherungsprozess und Wiederaufbereitung von Kernbrennstoff berücksichtigen, die erst am Ende des Spiels verfügbar sind.
- 1 Kernreaktor verbraucht 1 Brennelement alle 200 Sekunden, also 0,005 Brennelemente pro Sekunde.
- Um 10 brennelemente herzustellen, benötigt das Rezept 1 Uran-235, 19 Uran-238 und 10 Eisenplatten.
- Also kosten 1 Brennelement 0,1 Uran-235 + 1,9 Uran-238 + 1 Eisenplatte
- Kosten für 1 Brennelement mit Berücksichtigung des verbrauchten Brennelements (1 verbrauchtes Brennelement gibt 0,6 Uran-238 zurück): 0,1 Uran-235 + 1,3 Uran-238 + 1 Eisenplatte
- Kosten für 1 Brennelement mit Berücksichtigung des verbrauchten Brennelements + Kovarex (wobei man 1 Uran-235 für 3 Uran-238 bekommt): 0,3 Uran-238 + 1,3 Uran-238 + 1 Eisenplatte = 1,6 Uran-238 + 1 Eisenplatte
- Kosten für 1 Brennelement mit Berücksichtigung des verbrauchten Brennelements + Kovarex (in Rohmaterial): 16 Uranerz + 1 Eisenerz
Um 1 Kernreaktor durchgehend mit dem Kovarex-Anreicherungsprozess zu betreiben ist es daher notwendig 0,005 mal die obigen Erz-Kosten, also 0,08 Uranerz und 0,005 Eisenerz pro Sekunde abzubauen. (Da ein kleiner Teil des Uran-235 nicht durch den Kovarex-Anreicherungsprozess gewonnen werden muss, sind die tatsächlichen Kosten geringfügig kleiner, nämlich 0,0789 Uranerz pro Sekunde.) So to power 1 reactor continously with Kovarex enrichment you need 0.005 times the above ore cost, which is 0.08 Uranium ore and 0.005 iron ore being mined every second. (Because a small fraction of U235 does not require Kovarex enrichment, the actual cost is marginally less, 0.0789 Uranium ore per second.)
Waffen
- Erforderliche Technologie: Uranmunition / Atombombe
- Bessere Geschosse / Größere Bomben
Mit dem Nuklearzeitalter kommen die Atomwaffen. Uranmunition ist Spitzenklasse, besonders wenn man einen Panzer damit belädt. Sie mäht Beißernester nieder und beseitigt Schwärme recht schnell. Sie verwendet U-238, also hat man wahrscheinlich eine Menge davon herumliegen.
Außerdem kann man sich Atombomben beschaffen. Das sind Raketen (abgeschossen mit einem Raketenwerfer, die unglaublichen Schaden anrichten. Man sollte sich bewusst sein, dass man sich leicht selbst umbringen kann, wenn man eine Atombombe in der Nähe abfeuert. Selbst bei maximaler Reichweite ist es ratsam, in die entgegengesetzte Richtung zu laufen. Anstatt einer einzelnen Explosion richten sie Schaden in einem sich ausdehnenden Ring an, was einem Zeit gibt, zu entkommen. Man benötigt eine Menge U-235 und blaue Chips, also sind sie eine teure Waffe.
Version
Diese Anleitung ist kompatibel mit Factorio 0.17, 0.16 und 0.15.13+.
- Diese Anleitung wurde ursprünglich von alficles geschrieben und auf gist veröffentlicht.
- Lizenz: CC BY-SA 4.0
- Ausnahmen:' Dieses Werk oder Bearbeitungen davon dürfen auf dem offiziellen Factorio Wiki verwendet werden.