Статья про тонкости игрового процесса в игре Factorio.
В этой статье простыми словами рассказывается о ядерной электростанции в Factorio.
-----------------------------------------
Важное замечание! Эта статья была написана для первой версии игры Factorio. Некоторые механики игры, предметы или их свойства могут не совпадать с текущей версией игры.
-----------------------------------------
Предисловие.
Ядерная электростанция для многих игроков является желанным достижением, так как избавляет от крупного дефицита электроэнергии. Но часто у новичков или неопытных игроков вызывает вопросы, недопонимание работы, приводит к путанице в понятиях. В этой статье не будет сложных расчётов, здесь будут простые объяснения.
Ядерный реактор.
Понятное дело, что без ядерного реактора не собрать ядерную электростанцию. Реактор является её «сердцем». Ядерный реактор в Factorio – крупный объект энергетики вырабатывающий из небольших объёмов уранового топлива большое количество тепла.
Что нужно знать про ядерный реактор? Ну, во-первых, чем его «кормят», и во-вторых, его рабочие температуры.
Топливо для ядерного реактора.
Урановый топливный элемент получают в сборочном автомате из 1 урана-235 + 19 урана-238 + 10 железных плит. Это и есть топливо для ядерного реактора.
В ядерный реактор можно поместить вручную 1 урановый топливный элемент, который сразу будет задействован реактором, и ещё 50 топливных элементов в ячейку хранения топлива реактора, откуда они потом будут по одному использоваться.
Манипулятор, кладущий по одному предмету, сможет положить в ячейку для хранения топлива ядерного реактора только 5 урановых топливных элементов, затем остановится в ожидании. Это, если реактор уже в работе. Если реактор был пустым, то плюс один дополнительный топливный элемент уйдёт сразу в работу.
Манипулятор, кладущий более одного предмета за раз (например, пакетный манипулятор, кладущий пачками), может положить одновременно все несколько взятых топливных элементов. И тогда их количество в ячейке хранения топлива реактора будет равняться размеру пачки манипулятора. Из этого количества урановых топливных элементов один будет вычтен – его заберёт реактор в работу, если до этого он был пустым. Естественно, что если после этого в ячейке хранения топлива реактора окажется меньше 5 топливных элементов – манипулятор сделает ещё один поворот и доложит ещё.
После использования уранового топливного элемента, ядерный реактор выложит его в ячейку хранения отработанных урановых топливных элементов и возьмёт новый топливный элемент из ячейки хранения урановых топливных элементов:
Отработанный урановый топливный элемент извлекается манипулятором. Далее его можно отдать на переработку в центрифугу, где из 5 отработанных урановых топливных элементов путём переработки получают 3 урана-238.
Если не извлекать из ядерного реактора отработанные урановые топливные элементы, то они начнут накапливаться в ячейке хранения. После достижения количества в 50 штук – следующий отработанный топливный элемент не сможет попасть в ячейку хранения отработанных урановых топливных элементов. Реактор не сможет использовать новый урановый топливный элемент. Его работа остановится. Температура ядерного реактора в составе работающей электростанции со временем будет понижаться, пока реактор полностью не остынет. Чтобы ядерный реактор вновь заработал – необходимо будет извлечь отработанные урановые топливные элементы (хотя бы один).
Если по каким-то причинам в ядерный реактор не положить урановый топливный элемент или, если там работает автоматика, которая контролирует количество загружаемых топливных элементов, то на ядерном реакторе может отображаться иконка об отсутствии топлива:
Закладывать топливо в ядерный реактор с помощью твёрдотопливного манипулятора нельзя – урановые топливные элементы не подходят для работы твёрдотопливных манипуляторов. Значит, этот манипулятор работать не будет.
Использовать зелёные пакетные манипуляторы – бессмысленно, так как процесс сжигания топливных элементов долгий и накидывать за секунду пачку урановых топливных элементов в ядерный реактор незачем. Примерно это же касается и синего быстрого манипулятора. Его высокая скорость работы здесь просто не требуется.
Из всех медленных и дешёвых манипуляторов, подходящих для закладывания и извлечения топливных элементов лучше всего подходит обычный жёлтый манипулятор. По скорости работы он не только успевает, но и будет простаивать длительное время.
Как уже стало понятно, для полноценной работы ядерного реактора необходимы 2 манипулятора: один закладывает в реактор урановые топливные элементы, другой извлекает отработанные урановые топливные элементы.
Электричество ядерному реактору не требуется, но оно требуется для работы манипуляторов.
Температура ядерного реактора.
Остывший ядерный реактор в Factorio имеет температуру 15 градусов по Цельсию.
Рабочая температура ядерного реактора 500-1000°C. Это означает, что ядерный реактор начнёт работать достигнув температуры 500°C, и будет работать во всём диапазоне температур от 500°C до 1000°C. Для достижения рабочей температуры 500°C ядерный реактор будет использовать заложенные в него урановые топливные элементы.
Чем больше тепловых труб, и теплообменников к нему подключено, и чем больше рядом расположено остывших соседних ядерных реакторов – тем больше урановых топливных элементов ядерный реактор потратит на нагрев всего этого оборудования и самого себя. И тем дольше будет происходить нагрев до рабочих температур. Не нужно об этом забывать при первых запусках ядерной электростанции.
Небольшое отступление: в игре Factorio ядерный реактор является самостоятельным изолированным объектом выработки тепла. Без внешних подключений и любого внешнего оборудования забирающего тепло – ядерный реактор после выработки урановых топливных элементов накапливает тепло, вплоть до максимальной температуры 1000°C и не отдаёт во внешнюю среду вообще. Если от ядерного реактора отсоединено всё оборудование и он остался изолирован, то он не теряет своё тепло и продолжает хранить его как аккумулятор тепла.
Это означает, что если вокруг максимально нагретого ядерного реактора разобрать электростанцию, и прийти через несколько игровых часов/дней, то в реакторе по-прежнему будет максимальная температура, он будет готов к работе.
Ядерный реактор не взрывается после достижения максимальной температуры! После нагрева до 1000°C ядерный реактор продолжает потреблять урановые топливные элементы и отдавать тепло по назначению. С ним не происходит необратимых реакций, он не краснеет и не лопается.
Но, если разрушить ядерный реактор нагретый выше 900°C, то произойдёт взрыв похожий на взрыв атомной бомбы. Причиной такого разрушения в некоторых случаях могут быть жуки, в некоторых случаях езда в нетрезвом виде на транспортном средстве (особенно в условиях игровой ночи).
Ядерный реактор разогретый до рабочей температуры 500-1000°C выдаёт тепло в количестве 40 МВт. Это тепло в дальнейшем используется для выработки электроэнергии.
Каждый соседний ядерный реактор установленный вплотную даёт бонус в нагреве на 100%. Например, если прислонить к одной из четырёх стенок соседний реактор, и оба ядерных реактора запустить, то они будут нагревать друг друга через эту стенку, что ускорит их нагрев. И на выходе каждый ядерный реактор выдаст в два раза больше тепла: по 80 МВт.
Соответственно, если прислонить к ядерному реактору два других реактора с любых двух сторон, которые будут нагревать его, то он получит бонус в нагреве 200%, а тепла выдаст: 120 МВт.
При установке с трёх сторон вокруг ядерного реактора других работающих ядерных реакторов, он получит 300% бонус нагрева и выдаст тепла: 160 МВт.
Ну, и если ко всем четырём стенкам ядерного реактора прислонить четыре других ядерных реактора – по одному на каждую стенку, то ядерный реактор получит максимальный бонус в 400% нагрева, а тепла выдаст: 200 МВт.
Присоединять ядерные реакторы друг к другу необходимо точно по расположению выходящих тепловых труб. Тепловые трубы выходят из ядерного реактора по три с каждой стороны:
Для того чтобы ядерные реакторы прислонились ровно стенкой к стенке и получили бонус от соседства, их нужно совместить всеми тремя выходящими тепловыми трубами:
Тепловые трубы.
Из ядерного реактора выходит тепло, которое необходимо передать воде для превращения её в пар. У самого ядерного реактора, как было описано выше, с каждой стороны есть по 3 выхода тепловых труб. Чтобы передавать тепло на некоторые расстояния от ядерного реактора используются отдельные тепловые трубы. Тепловые трубы присоединяются к любому из выходов ядерного реактора и начинают нагреваться забирая его тепло. Тепловые трубы не только передают тепло по цепочке от ядерного реактора до теплообменников, но сами являются чем-то вроде накопителя тепла. Как и ядерный реактор, в Factorio тепловые трубы хранят тепло, если нет соединения с потребителем и ничто не забирает тепло извне. Таким образом, тепловые трубы подходят на роль тепловых аккумуляторов между ядерным реактором и теплообменниками.
Располагаться тепловые трубы могут наиболее удобным для игрока способом. В большом количестве они, забирая тепло, мешают ядерному реактору быстро нагреться. Но, в то же время, это тепло сохраняется в них, и в будущем будет передаваться на необходимые нужды.
Разные сегменты тепловых труб могут отличаться по температуре. Чем дальше расположены сегменты тепловых труб, тем они прохладнее. Самая близкая к ядерному реактору тепловая труба имеет отличие от него по температуре в 1 и более градус в меньшую сторону. Это значит, что при температуре ядерного реактора в 1000°C, эта тепловая труба будет иметь температуру 999°C. Каждый последующий сегмент тепловой трубы будет прохладнее на 1°C чем предыдущий. Таким образом, на далёких участках тепловой трубы перепад температуры по сравнению с температурой ядерного реактора может быть значительным:
Теплообменник.
Для нагревания воды в пар с рабочей температурой 500°C используются теплообменники. Получая тепло напрямую от ядерного реактора или через тепловые трубы, теплообменник потребляет 103 воды в секунду и подаёт на выход 103 пара в секунду.
Теплообменники пропускают через себя воду в любых направлениях, как труба. Могут соединяться друг с другом встык или через трубы.
На боковой стороне имеют тепловую трубу для получения тепла от ядерного реактора или тепловых труб. Соответственно, могут подключаться напрямую к любой из тепловых труб ядерного реактора или к отдельным тепловым трубам соединённым с ядерным реактором.
Теплообменник максимально потребляет 10 МВт. Это значит, что на один ядерный реактор с теплом в 40 МВт нужно устанавливать 4 теплообменника для максимального использования энергии.
Не нужно путать бойлер и теплообменник – это разное оборудование. Бойлер нагревает воду в пар до температуры 165°C, теплообменник до 500°C. Бойлер внутри себя имеет топку и сжигает любое твёрдое топливо для нагрева воды в пар, теплообменник получает тепло по тепловым трубам и от них нагревает воду в пар. Бойлер дымит, загрязняя атмосферу, теплообменник экологически чист.
Теоретически и практически пар с разной температурой от бойлеров и теплообменников смешивать можно. Но фактически этого никто делать не станет, так как для использования в паровых двигателях обычной электростанции и паровых турбинах ядерной электростанции используется пар разной определённой температуры. Смешивание приведёт либо к энергетическим растратам в одном случае, либо к слабой мощности в противоположном случае.
Другое дело – пар на производстве. Если требуется подать пар, например, на нефтеперерабатывающий завод для сжижения угля, то не имеет значения, какой он температуры. Если удобно, можно устанавливать отдельные бойлеры для подачи пара. Если удобно, можно отбирать часть лишнего пара с ядерной электростанции от теплообменников. А если где-то немного не хватает, то можно подать пар из разных источников с разной температурой. В производстве не требуется соблюдать температурный режим пара.
Паровая турбина.
Из теплообменника пар должен поступить в паровую турбину. Паровые турбины разгоняются на полную мощность при температуре пара 500°C и потреблении 60 пара в секунду. При этом одна паровая турбина на полной мощности вырабатывает 5,8 МВт энергии.
Чтобы выдаваемая электроэнергия попала в энергосеть фабрики, ко всем паровым турбинам необходимо подвести опоры ЛЭП любого типа или подстанции.
Паровые турбины имеют сквозное прохождение пара в обе стороны как трубы. Поэтому устанавливаться могут напрямую к теплообменнику, через трубы, через подземные трубы, встык друг к другу:
Постройка ядерной электростанции.
При постройке ядерной электростанции нужно всегда учитывать требования к большому объёму воды. Чтобы строить ядерную электростанцию и не испытывать дефицита воды, можно:
- Строить рядом с водой, где с берега насосами будет подаваться достаточное количество воды по трубам.
- Строить далеко от воды, но, по-прежнему, подавать воду по трубам, качая насосами из водоёма и поднимая давление помпами на разных участках труб.
- Строить далеко от водного источника, построить отдельные насосные станции воды и возить воду поездами.
На первых порах или для простоты строительства чаще выбираются первый или второй варианты. Поездами воду доставляют обычно более опытные игроки.
Как рассчитывают и расставляют паровые турбины, теплообменники, тепловые трубы? Без сложных расчётов всё можно объяснить так:
- Сначала складываем количество выделяемого тепла от всех ядерных реакторов. Не забываем про бонус от соседства с другими реакторами. Допустим, у нас 1 ядерный реактор, из него мы получим 40 МВт тепла.
- Затем делим количество полученного выше тепла на 10 (один теплообменник использует 10 МВт тепла). Получаем количество теплообменников. В нашем случае: 40:10=4.
- Устанавливаем ядерный реактор недалеко от воды (с учётом, что воду будем подавать по трубам). Расставляем вокруг ядерного реактора теплообменники, точно стыкуя их своими тепловыми трубами с тепловыми трубами ядерного реактора. Если возникают неудобства – создаём отдельные тепловые трубы и укладываем возле ядерного реактора так, как удобно. С их помощью стыкуем теплообменники с ядерным реактором. Здесь важно помнить, что если тепловых труб будет много, то вначале они будут нагреваться долго, но после нагрева они будут работать как аккумуляторы тепла, если ядерный реактор по каким-то причинам не будет вовремя заправлен топливом.
- При расстановке тепловых труб и теплообменников сразу производим визуальную планировку и определяем место под паровые турбины.
- Рассчитываем количество паровых турбин поделив мощность всех наших ядерных реакторов (не забываем про бонус от соседства с другими реакторами) на 5,8 МВт – это максимальное количество энергии вырабатываемое одной турбиной. Для нас формула будет выглядеть так: 40:5,8=6,89. Округлённо, нам требуется либо 6 паровых турбин, либо 7 паровых турбин.
- Если есть планы на частую приостановку электростанции ради экономии урановых топливных элементов, то стоит рассмотреть вариант с 6 паровыми турбинами и несколькими резервуарами для излишков пара. После выработки уранового топливного элемента автоматика не будет подавать новый, до тех пор, пока накопленный в резервуарах пар не будет выработан.
- Если нет планов использовать автоматику или же не хочется терять некоторое количество энергии на запасы пара, то стоит использовать вариант с 7 паровыми турбинами. В этом случае часть турбин будет работать на максимальной мощности, а оставшиеся паровые турбины будут выдавать остаток энергии в небольшую силу (так как 7 паровых турбин было получено при округлении от реальных 6,89, то есть 6 турбин + 0,89 от турбины).
- Устанавливаем паровые турбины либо напрямую к теплообменникам и друг к другу, либо через трубы.
- Обязательно расставляем удобные для нас опоры ЛЭП или подстанции.
- Возле ядерного реактора ставим два обычных манипулятора: один закладывает урановые топливные элементы, другой извлекает отработанные урановые топливные элементы. Проводим логистику для подачи урановых топливных элементов и забирания отработанных топливных элементов на переработку.
- Считаем необходимое количество воды (сколько используется пара в турбинах – столько же воды тратится на преобразование в этот пар): умножаем количество паровых турбин на объём потребления пара в секунду. Для нашего случая это: 7х60=420. Если 7 паровых турбин будут работать максимально, то в общем будет расходоваться 420 воды в секунду (специально не учитываем, что 7 – это округление от 6,89 чтобы иметь маленький избыток воды).
- Если электростанция расположена недалеко от воды, то при минимальном количестве труб давления насоса в 1200/с должно хватить для того, чтобы подавать воду в жидкостную систему электростанции с давлением 420/с и более. Устанавливаем на берегу насос, от него подземные трубы, подводим воду к теплообменникам.
О перемещении жидкостей можно почитать в этой статье.
Наши расчёты дали нам такой расклад: 1 ядерный реактор, 4 теплообменника, 7 паровых турбин, 1 насос для подачи воды, несколько тепловых труб – с ориентировкой количества по ходу расстановки.
Например, ядерная электростанция по полученным расчётам может выглядеть вот так:
Или ядерная электростанция по полученным нами расчётам может выглядеть так:
Но, если рассчитать ядерную электростанцию на двух реакторах, то расчёт может быть таким: 2 ядерных реактора (с бонусом от соседства другого реактора), 16 теплообменников, 28 паровых турбин, 2 насоса для подачи воды, несколько тепловых труб – с ориентировкой количества по ходу расстановки. И выглядеть эта ядерная электростанция может вот так:
Кстати, на рисунке 14 в составе ядерной электростанции использованы 46 тепловых труб для передачи тепла от ядерных реакторов в теплообменники.
Про резервуары.
Стоит отдельно отметить роль резервуаров при использовании в ядерной электростанции. В Factorio резервуар является ёмкостью с большим объёмом наполнения в 25 000 и четырьмя патрубками для соединения с жидкостной системой. Разумно предусмотреть использование резервуаров как аккумуляторов воды и аккумуляторов пара в больших ядерных электростанциях. Рассмотрим случаи, когда это необходимо.
Случай первый – использование автоматики. С помощью резервуаров удаётся аккумулировать часть пара и затем долго не подавать урановые топливные элементы в ядерные реакторы, пока идёт выработка накопившегося пара. Это выгодно для экономии урановых топливных элементов.
Случай второй – ненадёжная или слабая подача воды. Резервуары на подаче воды накапливают её в моменты неполной работы электростанции, и позволяют в пиковый момент отдать большой объём в жидкостную систему. Естественно, для быстрого отбора большого количества воды из резервуара необходимо использовать помпу на выходе из него. Иногда для быстрого заполнения резервуара нужно также иметь несколько подключённых к нему входящих помп от разных труб с водой (не соединённых друг с другом), подаваемой от разных насосов с берега (или от разных помп качающих воду из вагонов-цистерн).
Случай третий – частые большие нагрузки на электросеть. Желание обезопасить электросеть от проседаний электричества в пиковые нагрузки, например, во время срабатывания лазерных турелей, приводит к использованию резервуаров как аккумуляторов пара. Накопление пара в резервуарах происходит в моменты неполной работы ядерной электростанции. В моменты пиковых нагрузок имеющийся пар сразу забирается паровыми турбинами.
Про автоматику.
Автоматика у ядерных электростанций может быть разная. Простая, сложная, выполняющая различные задачи. Основная цель большинства схем автоматики – контролировать подачу урановых топливных элементов. Принцип действия этой автоматики такой: имеются резервуары накапливающие пар и отдающие его паровым турбинам. Паровых турбин, как правило, меньше расчётного значения чтобы при максимальной работе некоторое количество пара не использовалось турбинами, а накапливалось в резервуарах. При накоплении нужного объёма пара автоматика отключает манипуляторы, загружающие урановые топливные элементы в ядерные реакторы. Пока реакторы горячие (температура выше 500°C) они продолжают выдавать рабочее тепло, которое, в свою очередь, идёт на нагрев воды в пар. Пар вырабатывается турбинами. Когда реакторы остывают до 500°C и ниже – нагрев воды в пар прекращается. Задействуется накопленный в резервуарах пар. При снижении пара в резервуарах ниже установленного значения – автоматика включает манипуляторы и позволяет загрузить по одному урановому топливному элементу в каждый реактор. Реактор начинает нагреваться и переходит в рабочее состояние. Дальше всё происходит по кругу с самого начала.
Есть и другие цели, которые может выполнять автоматика ядерной электростанции. Она может контролировать уровень воды в резервуарах и сигнализировать о её нехватке. Автоматика может использоваться для первого запуска ядерных реакторов. Ещё автоматика может контролировать необходимое количество урановых топливных элементов, воды, или накопление отработанных топливных элементов, и вызывать поезда, если работа ядерной электростанции основана на железнодорожных доставках.
Автоматика может отключать ядерную электростанцию от общей электросети, а по условию, подключать снова. Работать в связке с аккумуляторами в электросети, и включаться только, если заряд аккумуляторов опустился ниже заданного значения. А после зарядки аккумуляторов снова отключаться. Может регулировать собственную работу от внутренних солнечных батарей и аккумуляторов в своей автономной электрической сети, и определять по условию необходимость подключения к электричеству, вырабатываемому самой электростанцией.
Нужно понимать, что любая автоматика – это настраиваемая логика комбинаторов и другого оборудования.
Чертежи.
К этой статье прилагаются чертежи описанных выше ядерных электростанций на 1 ядерном реакторе и на 2 ядерных реакторах для практического изучения. Чертежи из этой и других статей можно скачать в текстовых файлах в моём канале Telegram.
-----------------------------------------
Прямая ссылка на чертежи из статьи: https://t.me/format_aa/173
☕️ Если вы хотите угостить меня кофе или вкусняшкой за старания, сделать это можно с помощью доната: https://boosty.to/format_aa/donate
-----------------------------------------
Подпишись на канал и узнавай больше +
#Формат_АА
#Factorio
#схемы
#чертежи
#ядерный
#реактор
#электростанция
#теплообменник
#турбина