Your Extreme 2015 Terje Mork, Lilly Nguyen, Sigurd Haaheim 1
Innholdsfortegnelse Ingress... 3 1. lagsammensetning...3 2. Norge 2050...4 3. Konkretisering av oppgave 4 4.utfordringer...4 5. Kapselsystemet..5 5.1 Kapasitet.5 5.2 Kapsler & Rør...5 5.3 Avreise og ankomst...6 5.4 Reisetid.7 5.5 Avganger gjennom 7-8 6.Materialvalg... 8 6.1 kapsler..9 6.2 Rør...9 7. Alternative løsninger...10 2
Ingress Vi har valgt å ta for oss transport av personer og gods mellom fastlandet og Midtfjordkomplekset. Dette løser vi hovedsakelig med kapsler. 1. Lagsammensetning Laget X-Brain består av tre unge mennesker som liker utfordinger. Terje studerer materialteknologi og er den strukturerte, ordensmennesket i gruppen, og har lang erfaring innenfor planlegging og frivillige prosjekter. Sigurd studerer informatikk og er teknisk ansvarlig, og holder beina godt planet i bakken. Han er glad i å finne praktiske løsninger. Lilly studerer materialteknologi, men har erfaring innenfor profilering og økonomi, og er den kreative, optimistisk og sprudlende pådriveren i gruppen. Har en øye for design. 3
2. Norge 2050 Året er 2050, og Norge er verdens rikeste land, og verdensledende innenfor nettverksbasert produksjon, autonome systemer, databehandling og undervanns ressursutnyttelse. B.la. så har Norge lykkes i å dyrke lav-arealkrevende mat på 300 meters dyp i pilotprosjektet Midtfjordkomplekset midt i Trondheimsfjorden. Midtfjordkomplekset huser 20 % av Trondheims befolkning og er selvforsynt med energi, mat og vann. Med en befolkning som er estimert til å være nesten 275 000 mennesker i 2050 basert på jevn befolkningsvekst siden 2014 vil det dermed bo ca. 55 000 mennesker i Midtfjordkomplekset. All transport innad i komplekset og med resten av verdenen er kollektive og autonome løsninger. 3. Konkretisering av oppgave Vi har valgt å ta for oss transportsystemet mellom fastlandet og Midtfjordkomplekset, der vi ønsker å løse hvordan man frakter mennesker og gods fra Midtfjordkomplekset til fastland på en sikker og effektiv måte. Sentrale rammer til dette transportsystemet er: Skal ha null ulykker. Miljøvennlig. Autonomt. Kollektivt. 4. Utfordringer Det kan være en utfordring i seg selv når man bygger ut røretog konstruskjoner. Levetiden på røret med tanke på korrosjon og vedlikhold. Materialvalg for å være plasert under havet skal både være sterk slik at det tåler kreftene på røret. Samt skal kapslene være lettest mulig for å være mest effektive. Utbyggingen kan koste mye. Det vil være en utfordring å nå målet med null ulykker, og bruk kunstig intelligens i datasystemene er sentrale for å nå dette måle. 4
5. Kapselsystemet Vi ser for oss at det vil gå to rør som følger havbunnen ut til Midtfjordkomplekset, ett rør for hver retning. Gjennom disse rørene vil det gå kapsler av forskjellige størrelser som frakter personer og gods mellom fastlandet (Trondheim) og Midtfjordskomplekset. 5.1 Kapsler & Rør Rørene har en diameter på 2,5 m. Hver kapsel består av inntil fire vogner med kapasitet på 25 personer i hver vogn eller en gitt mengde gods per kapsel. Om kapslene frakter mennesker eller gods kan enkelt endres ved å skifte ut en fraktemodul i selve kapselen. Kapslene styres, kobles og løsnes fra hverandre via et fullstendig autonomt system, det eneste input som systemet trenger er transportbehovet for å kunne fungere helautomatisk. Kapslene kjøres gjennom rør med en diameter på 2,5m. Luften er fjernet fra rørene ved hjelp av luftsluser. Elektromagnetisk maglev-teknologi sørger for en friksjonsfri og energieffektiv fremdrift. Det meste av energien vil brukes for å løfte kapslene opp til fastlandet. Mesteparten av energien som brukes regenereres også i det kapslene bremser ned igjen. [1] Figur 5.1: Kapselsystem over land 1 1 http://www.et3.com/ 5
5.2 Kapasitet For å kunne designe et transportsystem så er en av de mest sentrale begrensningene eller rammene kapasiteten til systemet. Vi antar at et kapsler vil ha et opphold på 100 sekunder på stasjonen og at det er 20 sekunder mellom hvert tog. Dette gir et maksimalt antall på 30 avganger per perong per time. Kapselene har når fire stykker er koblet sammen en kapasitet på 100 personer som gir et maksimalt antall på 3.000 reisende i timen per perong i hver retning. For en befolkning på omtrent 50.000 bør dette være tilstrekkelig, men for å også støtte befolkningsvekst og perioder med særskilt behov for reise til fastlandet velger vi å ha to peronger som gir en kapasitet på 6.000 personer i timen. I løpet av 10 timer vil dermed hele befolkningen kunne reist med transportsystemet. Figur 5.2: En skisse av en kapselstasjon. Det vil være dører langs rørene som passer med dørene på kapslene, og de åpner seg kun når det er en kapsel tilstede. På denne måten forviller ingen seg inn i rørene og man holder vakuumet ved like. Ved også å overdimensjonere perrongen og systemet, så kan man også få testet transportsystemet i forhold til enda større komplekser enn Midtfjordkomplekser. 6
5.3 Avreise og ankomst Togene vil stoppe i et minutt og tjue sekunder på perongen. I løpet av den tiden skal personer som allerede sitter på toget forlate toget og nye passasjerer skal stige på. For å effektivisere dette kan avstigning se på den ene siden av toget og påstigning på den andre. Datasystemene vil sørge for at togene sendes ut i sporet på et tidspunkt hvor hovedrøret er ledig, og forhindre kollisjon mellom to persontog eller persontog med godstog som allerede er i hovedsporet. Ved hjelp av egne vegger og automatiske dører på perongen kan det forhindres at personer forviller seg inn i rørene uten å være inne i et tog. 5.4 Reisetid Med en akselerasjon på 2,5 km/t/s vil toget nå 150 km/t etter ett minutt, som er makshastigheten på strekningen. Dette er omtrent den samme akselerasjonen som brukes på moderne lyntog. 2 Nedbremsingen er beregnet til også å ta ett minutt. I løpet av de to minutter vil det tilbakelegges 1,5 km. Vi antar en total strekning på 5 km. De siste 3,5 av disse vil kun ta 84 sekunder med en hastighet på 150 km/t. Totalt gir dette en reisetid på 3 minutter og 12 sekunder. 5.5 Avganger gjennom døgnet Kapselenes egne systemer vil benytte seg av kunstig intelligens for å finne ut hvor mange avganger som er nødvendig til enhver tid. Vognene som ikke er i bruk vil stå lagret på fastlandet i nærheten av stasjonen i Trondheim. I tider med et spesielt stort antall reisende vil alle togene være i bruk, men ellers vil noen vogner være oppbevart på dette lageret. På tider med et lavt antall reisende (f.eks. på natten) vil det heller ikke være nødvendig med fire vogner i hvert tog. Siden komplekset også er automatisert vil det være muligheter for å transportere gods i løpet av natten for å avlaste systemet, når det ikke er behov for å transportere mennesker i samme grad som om dagen. Det vil også være kapasitet til å frakte viktig gods i løpet av dagen, mellom kapslene som frakter personer. All informasjon om antall reisende vil registreres i databaser. Denne informasjonen vil systemet analysere i sammenheng med tidspunkter, ukedager, helligdager og datoer slik at det i fremtiden kan forutse omtrentlig antall reisende til enhver tid. På denne måten kan man unngå køer på de mest populære tidspunktene og unødvendig mange avganger på de mindre populære tidspunktene. For eksempel hvis det har vært 2000 reisende en gitt time, men det totalt har vært kapasitet til 2500 reisende, bør antallet vogner reduseres uken etter. 2 N700 Series Shinkansen (Wikipedia) 7
Tidspunkt Est. ant. reisende Kapasitet Antall avganger Mandag 08:00-09:00 6000 6000 (maks) Hvert minutt (60/t) Mandag 11:00-12:00 1500 2000 Hvert 5. minutt (20/t) Mandag 15:00-16:00 5000 6000 (maks) Hvert minutt (60/t) Tirsdag 02:00-03:00 100 200 Hvert 30. minutt (2/t) 6. Materialvalg og design Materialvalg og design for systemet er todelt, da det er vidt forskjellige behov for henholdsvis kapslene og rørene. Kapslene bør transportere så effektivt som mulig både mennesker og gods, mens rørene må blandt annet tåle korrosjon fra havvannet og kreftene som virker på det. 6.1. Kapsler Siden kapslene skal akselereres og deselereres så vil det være fordelaktig at de er lette, men samtidig sterke siden de må kunne tåle kreftene som er involvert. Lett vekten på kapslene er viktig med tanke på at det brukes midre energi for å akselere og samt nedbremsning. Flyindustrien kan være en kilde til inspirasjon her, da spesifikt ved sin bruk av sandwich komposittkonstruksjon. Dermed foreslås det å konstruere kapslene med en sandwich konstruksjon for å få veldig lett og samtidig veldig sterkt kapsler. 8
Figur x: Kompositt Sandwichpanel 3 6.2. Rør For å gjennvinne mest bruker vi stål fra platformer og subsea utstyr til å bygge ut rørene. Det meste av rustfritt som brukes i olje industrien er 316, duplex og superlegeringer. Korrosjonsdyktig stål, men kreves uansett mye vedlikehold. For å unslippe mye kostnader av vedlikehold og stadig bytte deler, blir rrørene overflate behandlet med nanobelegg. Ruheten gjør at sjøvannet aldri egentlig er i kontakt med stålet i seg selv, men kun belegget. Noe som kan medføre at vi kan eliminre korrosjon. 3 http://www.jeccomposites.com/sites/default/files/content/econcore_0.jpg 9
7. Alternative løsninge Droner praktiske i forhold at de kan frakte små pakker. 86 % av pakkene på amazon veier mindre enn 2,3Kg. Miljøvennlig altnativ som kunn trenger å plotte inn GPS kordinater. Trenger ikke noe store landingsplattformer. Ulempe med droner er at de er væravhenig. De kan heller ikke fraktes tunge pakker eller frakte for langt. Lavere kostnad smmelingnet med fly, helekikopter og kapsler. Ubåter er ikke vær avhengig og kan fra når som helst. Fordelene kan være ubåtene kan brukes til å inspsere, reparere utstyr på dypt vann og kan også plukke opp ting på dypet. Ulempet er at den ikke er like effektiv som kapsler eller skip. Kan ikke frakte like mye volum. Skip/ferger er effektiv, kan frakte stort volum om gangen. Skip kan fraktes rimelig og kan fraktes lange avstander, fra kontinent til kontinent. Ulempe er at de er ikke like rakse som kapsler. De er væravhengig. Og ikke like mijøvennlig som kapslene. http://www.dagbladet.no/2013/12/02/nyheter/amazon/data_og_teknologi/utenriks/3061791 9/ Kilder Kilder er oppgitt som fotnoter i teksten. 10