御坂美琴的发电功率及参与北美电力市场的盈利能力
本帖最后由 刃下心 于 2022-7-4 13:04 编辑写本文的起因是一位网友说美琴的发电量足以支撑整个曼哈顿，所以我根据现有数据仔细计算了一下，御坂美琴的发电功率究竟有多大？如果她以此为生，参与北美电力市场，能获得多少收入？原文发在北美华人电力协会的公众号上。这里略作修改。
先上结论：· 1） 御坂美琴的稳定发电功率(Nameplate MW Capacity)约2.7兆瓦（2.7 MW），最大发电功率约10兆瓦（10 MW），相当于一个小型火电机组。· 2） 御坂美琴的存储能量约13.5兆瓦时（MWh），即可以用2.7 MW的额定功率持续发电5个小时。· 3） 如果御坂美琴参与纽约电力市场，选择电价最贵的长岛地区，那么她一年的发电收入约为税前26.8-35万美元。
下面就分别探讨一下御坂美琴的发电能力和她参与电力市场的方式。
一，御坂美琴的最大发电功率御坂美琴的“超电磁炮”，按照官方说法，其产生的能量能够让硬币以三倍音速（1030米/秒）飞行。不过，发射出去后所造成的热摩擦会使硬币熔化，因此只能达到约50米的射程。由此可以计算美琴的发电功率。硬币的重量大约为10克（0.01kg），因而美琴发射一次电磁炮所做的功至少是0.5mv^2 = 0.5*0.01*1030^2 = 5304.5 焦耳。假设这50米射程内，硬币处在匀加速过程中，做一个简单的微积分计算，可以计算出硬币走完这50米的时间为
t = 2*50/1030 = 0.097秒
那么美琴的功率为5304.5 / 0.097= 54 kW，大约相当于2-3个家用发电机的功率，并不算很高。然而美琴并不仅仅能发射硬币。在《某科学的超电磁炮》动画第一季最后一集，她在全力状态下，将一个机械爪打飞。粗略估计这个机械爪重量为500千克左右。那么，这一发电磁炮的威力比硬币要大上5万倍，即26.5亿焦耳，或73.7千瓦时（kWh）。如果她仍然能让机械爪产生同样的加速度，那么她的功率将是：
P = 0.5mv^2 / t = 0.5*500*1030^2 / 0.097 = 2.7兆瓦(MW)在这一集的结尾，她发出超电磁炮，以全力和敌方相持了一段时间。可见，这一功率是她的稳定输出功率，可以认为是她的额定功率（nameplate MW capacity）。然而这仍然不是御坂美琴输出功率的极限。她的绝招“雷击之枪”可以产生十亿伏特的电压，但是电流相对较小。上条当麻硬吃了一招，结果是：
上条如同被炮弹轰在身上，整个人往地上摔倒。强大的的力量让他在地面上翻滚了一、两公尺。最后脸部朝下，手脚不规则地摔在地上。那副模样看起来就是像是个坏掉的人偶。
差点挂了。人体可以承受的电流最大约10mA。由此计算，美琴的最大输出功率是：
Pmax = 1,000,000 kV * 0.01 A = 10 MW
相当于一个小型火电厂。当然，与其说美琴是一个可以无间断发电的火电厂，不如说她是一个储能系统（Battery Energy Storage System，BESS）。那么下一个问题是，作为BESS，她存储的最大能量是多少？
二，御坂美琴的总能量有这样几个证据可以推算御坂美琴的总能量。最直接的证据是超级电脑“树状图设计者”精确推算出，如果美琴和学园都市排名第一的超能力者一方通行对决，将会在第185招被杀害。可见美琴如果维持额定功率，每一击都能发出73.7 kWh的能量，她身上存储的总能量至少不会低于73.7 * 185 = 13.6 兆瓦时 （MWh）。二是御坂美琴曾经追着上条当麻打了一个晚上，其间不断释放雷击之枪。当然，雷击之枪不是稳定出力，但是至少也说明，她可以保持最大出力相当长的时间。就算她一晚上总共花了一小时来放电，那么总能量也不会低于10 兆瓦时（MWh）。
最后一个证据是御坂美琴的最大绝招“落雷”，能聚集雷雨云，召唤强大的能力闪电，可指定袭击地点。那么雷电的能量有多大？从网上可以查到，雷电虽然功率极大，但由于持续时间短，能量相对并不高。每次闪电的能量平均只有50亿焦耳，假设在传输和存储过程中的损失为零，这也仅仅相当于不到1.4兆瓦时（MWh）的能量。当然，美琴对上条当麻那次的落雷造成了整个都市学园停电，可见能量比普通雷电高得多。那么，就算落雷的威力是普通雷电的十倍，她身上存储的能量大致是14 MWh，和之前的数据相当吻合。综上，可以认为美琴身上存储的能量在10-14 MWh这个区间。为便于计算，按13.5MWh算，即她可以用2.7 MW的额定功率持续发电整整5个小时。
三，御坂美琴如何参与电力市场才能获得最大收益这样一个额定功率2.7 MW，可持续放电5小时的储能系统，其实在电网中并不算很大。参考最新的纽约独立电力系统运营商（NYISO）的新发电机并网序列（NYISOInterconnection Queue, 4-30-2022），未来计划并网的储能设备普遍都在20 MW以上。美琴的功率和容量和工业级别的储能设备相比还相差很远。
但美琴的优势在于——她不需要充电。每天只需要正常摄入食物即可保持稳定的电力输出。储能系统的重要盈利方式在于套利（arbitrage），即在电价较低时充电，电价较高时放电。美琴完全不需要考虑这个问题，做的是没本钱的买卖。为了提高卖电收入，美琴需要选择电价较高的地方。以纽约州为例。纽约州的特点是“西电东送”，西部和北部地广人稀，有充沛的水力资源（包括来自加拿大魁北克的水电），东部纽约市及长岛地区，人烟稠密，是重负荷地区。西部电价较低，东部较高。因而，美琴最理想的去处就是长岛（LongIsland）。那里不但可以取得最大的卖电收入，同时整个长岛消费水平较高，也适合美琴大小姐的身份。笔者下载了NYISO公开的2021年全部365天8760小时长岛某发电机的日前节点边际电价（Day-aheadLocation Based Marginal Price，LBMP），如下图所示。平均下来，每小时的电价是$54.4/MWh。如果美琴每天发电五小时，她的平均收入将是：2.7 MW * 5h * $54.4/MWh * 365 = 26.8万美元
但是美琴可以做的更好。注意美琴有一万多个妹妹，通过相同脑电波互相连接构筑“御坂网络”，彼此达到信息共享，提升整体运算能力。如果通过她们的计算，可以预测第二天电价最贵的五个小时，那么美琴仅需挑选每天最贵的五个小时发电。通过计算可知，她一年的税前收入可以达到35万美元左右，足以在长岛过上相当舒适的生活。
好活 闪电侠和御坂美琴哪个发电更厉害点
—— 来自 S1Fun 然而她不缺钱啊 一年35万美元，她家还真不缺这些 这个文风………
上次建议活用虚构角色效益最大化的是what if上的一篇文章，那次是尤达大师，作者认为真正便利的社会应该人人家里都供养一名尤达那个级别的绝地大师 psp游戏里最后射的钢筋肯定不止500kg…… 她为啥不去挖矿 太麻烦了 魔禁世界观直接用魔法就行 效率高多了 忍者杀手第三部的最后boss，可以在大气层里面造成直径100km的大规模放电现象（红色喷流精灵为5-10km），他的最大功率大概是多少? 这收入比我想象中低多了 这也太低了 不如去湾区当程序员 一个对于Level5来说不知道算高还是算低的微妙收入 炮姐这是完全不按能量守恒来的吧？ 乐
不过你都用御坂网络了，直接用御坂网络租超级计算机我觉得比发电赚钱 御坂网络可比打炮赚钱多了 我觉得御坂最大优势是移动性，可以往缺电导致电价飙升地区移动，可以到处跑 御坂的能力覆盖电磁整个科技线，电子战能黑进学院都市的核心网络，想邀请她参与的研究怕是成千上万，想要钱早就财富自由了。 本帖最后由 月珊瑚与紫鸢尾 于 2022-7-4 15:18 编辑
tafouuwadf 发表于 2022-7-4 14:43
乐
不过你都用御坂网络了，直接用御坂网络租超级计算机我觉得比发电赚钱 ...
不用御坂网络，lv5除了老七，都是人肉工作站，御坂是都市最顶级的黑客之一，一方老二更是比肩超算，御坂妹和御坂的能力本质是一样的，差距是二者计算能力的不同 太乐了，每天当人肉电池5小时，相对于她还是赚的不够多 月珊瑚与紫鸢尾 发表于 2022-7-4 15:16
不用御坂网络，lv5除了老七，都是人肉工作站，御坂是都市最顶级的黑客之一，一方老二更是比肩超算，御坂 ...
没文本说过妹妹计算力不如本体，御坂网络(整体意识)表现出的计算力更是远远超过任何能力者啊。单纯lv5的计算力是完全比不了学都超算的。 我感觉最大功率与总储能估计的有点低了。超炮S末尾炮姐坐机器人到外层空间，把整个机器人都当作弹头打出去摧毁了多弹头导弹，即使把四肢都抛掉了，这玩意应该也有不止100吨重。另外炮姐平常用游戏币使出的电磁炮，原理很有可能是结构简单的轨道炮，但这次作画明确给出了线圈炮的结构，说明这次炮姐要更认真一些，采取了效率更高的方式。炮姐至今还没用过重接炮，但考虑原作设定，她肯定是懂原理的。 一个天马行空的超能力者一天工作五个小时，一年税前35万美元，这也太劳动致富了 还有北美华人电力协会呢，这个是干什么的 tafouuwadf 发表于 2022-7-4 15:27
没文本说过妹妹计算力不如本体，御坂网络(整体意识)表现出的计算力更是远远超过任何能力者啊。单纯lv5的 ...
普通妹妹又没权限，能力者的能力表现受计算能力影响，御坂能放电磁炮、玩铁砂锯、用磁力当蜘蛛侠，御坂妹就只能放点电流倒转风扇，连磁力开锁都做不到，考虑二者的肉体并没太大差异，很大可能设计初就被特化用来维持网络了，不然也不至于被一方杀了一万个
那么妹妹拿来发电效率怎么样?能回收成本的话是不是可以商品化 很理性认真的分析 当麻只要愿意，随时坐拥电磁王+x博士，可他还是过着食不果腹，整天进医院的生活…… 电网员工御坂美琴 那么到底是，能量守恒破缺，异空间能量挖掘者，还是科学都市大胃王？ 格林达姆 发表于 2022-7-4 18:16
那么妹妹拿来发电效率怎么样?能回收成本的话是不是可以商品化
如果早出生几十年可以作为磁爆步兵的上位替代 Alice.Andvari 发表于 2022-7-4 17:59
当麻只要愿意，随时坐拥电磁王+x博士，可他还是过着食不果腹，整天进医院的生活…… ...
万磁王和X博士也进医院了，还得上条保护
事实上这俩最近帮忙蛮多的 格林达姆 发表于 2022-7-4 17:16
那么妹妹拿来发电效率怎么样?能回收成本的话是不是可以商品化
反正拿来打架不如枪好使，18w日元估计就是个材料费？ Alice.Andvari 发表于 2022-7-4 17:59
当麻只要愿意，随时坐拥电磁王+x博士，可他还是过着食不果腹，整天进医院的生活…… ...
其实整个故事一共也没几天，所以来不及创造巨额财富
不过话又说回来如果超自然能力满地都是，想用超自然能力赚钱也就很艰难了、 其实一直没搞懂, 他们一直说算力, 到底是在算点啥玩意 梶原ひかり 发表于 2022-7-4 14:39
这也太低了 不如去湾区当程序员
湾区普通程序员未见得能收入26-35万美元
页:
[1]
2