Seria: Mining & Materials • Część 14 z 14
Skalowanie cywilizacji: Zabawa w terawatach
Dotychczasowa historia: Wykopaliśmy pierwszą czystą dziurę i ukształtowaliśmy ją w jezioro. Nauczyliśmy skały wyznawać, drukowaliśmy światło słoneczne, topiliśmy bez dymu, przesuwaliśmy góry za pomocą baterii, przewoziliśmy produkty, nie ziemię, tworzyliśmy światło z piasku, składaliśmy fabryki, budowaliśmy obiekty aż do superkomputerów, zamknęliśmy każdy obieg i projektowaliśmy miasta, które kochają swoje jeziora. Teraz oddalamy się: ile terawatów możemy zbudować — spokojnie, szybko, pięknie?
Dzisiejsza misja
Zdefiniuj terawat w atomach, ziemi, statkach, załogach i tygodniach — nie w sloganach.
Opublikuj wstępnie obliczone scenariusze dla PV, magazynowania, stali, szkła, miedzi i obciążeń obliczeniowych.
Pokaż matematykę klonów: fabryki budujące fabryki, aż światło słoneczne stanie się naszym domyślnym paliwem.
Co oznacza terawat (i dlaczego zbudujemy ich wiele)
Szybki przewodnik po terawatach (skoncentrowany na PV)
| Ilość | Wartość planowania | Uwagi |
|---|---|---|
| Roczna energia / TWp | ~1,6–2,0 PWh/rok | Zależne od klimatu i nachylenia |
| Średnia moc | ~180–230 GW | Z energii ÷ 8,760 h |
| Para magazynowa 12 h | ~2.2–2.8 TWh | Średnia GW × 12 |
| Powierzchnia (montaż naziemny) | ~16–22 k km² | 1,6–2,2 ha/MW |
| Masa modułów PV | ~45–60 Mt | ~45–60 t/MW |
Zakresy utrzymują nas w ryzach na różnych szerokościach geograficznych, trackerach i projektach BOS.
Proste dlaczego
- Elektrony ≫ paliwa: wolimy przesuwać przewody niż góry.
- Czyste ciepło: piece i piekarniki słuchają elektryczności (Części 4–6, 9).
- Przewidywalne obciążenie: obliczenia i fabryki dają nam stałe obciążenie bazowe, które uwielbia magazynowanie (Części 10–12).
Matematyka klonów — fabryki budujące fabryki
Ziarno → kula śnieżna (fabryki PV, każda 1 GW/rok)
| Punkt kalendarzowy | Działające fabryki | Moc PV/rok | Komentarz |
|---|---|---|---|
| Miesiąc 0 | 1 | 1 GW/rok | Fabryka nasion (Część 3) |
| Miesiąc 12 | 4 | 4 GW/rok | Pierwsze klony (Część 10) |
| Miesiąc 24 | 16 | 16 GW/rok | Rytm „śnieżnej kuli” |
| Miesiąc 36 | 36–64 | 36–64 GW/rok | Załoga i pod ograniczone |
| Miesiąc 60 | 150–250 | 150–250 GW/rok | Regionalne klastry online |
Ograniczamy wzrost liczbą ludzi/podów, nie wyobraźnią; jakość pozostaje nudna i wysoka.
Rachunek za zestaw klonów (na 1 GW/rok fabryki PV)
| Pod | Liczba | Średnie obciążenie | Powierzchnia obudowy |
|---|---|---|---|
| Moc PP‑20 | 3 | ~60 MW | — |
| Woda WP‑500 | 2 | — | ~180 m² każdy |
| Ciepło HP‑20 | 1 | — | ~400 m² |
| Pody linii | 12 | — | ~1,200 m² każdy |
| Kontrole + Ludzie | 1 + 3 | — | QA + laboratoria |
To ta sama gramatyka Lego, której używaliśmy w całej serii (Część 10).
Jak uniknąć spadku jakości przy szybkim skalowaniu?
Pody niosą umiejętności; miejsca niosą beton. Każdy pod jest testowany w seed shop, seryjnie oznaczany, skanowany przy setdown i uruchamiany za pomocą skryptu. Skalujemy nudną część — listy kontrolne — nie ryzyko.
Atomy na terawat (to, co faktycznie przesuwamy i topimy)
Sprzęt PV na TWp (montaż naziemny)
| Element | Na MW | Na TW | Uwagi |
|---|---|---|---|
| Moduły (masa) | ~45–60 t | ~45–60 Mt | Szkło+ramka (Część 9) |
| Montaż stal/Al | ~60–100 t | ~60–100 Mt | Stal ocynkowana + szyny Al |
| Miedź | ~1.2–2.0 t | ~1.2–2.0 Mt | Strings → inverter |
| Powierzchnia szkła | ~5,000 m² | ~5,000 km² | Niskowęglanowe (Część 9) |
| Powierzchnia | 1.6–2.2 ha | 16–22 k km² | Trackerzy, odstępy |
Suma Per‑TW rozłożona na regiony i lata; wysyłamy kształty (Część 8), nie ziemię.
Fabryki zasilające ten TW
| Linia / Kampus | Wydajność jednostki | Jednostki na 1 TW | Uwagi |
|---|---|---|---|
| Kampus szkła solarnego | ~1 Mt/yr | ~45–60 | Moduły zasilające & elewacja |
| Mini-huty (stal) | ~1 Mt/yr | ~60–100 | Profile + zwoje (Część 5) |
| Zakłady do wytłaczania aluminium | ~0.2 Mt/yr | ~100–200 | Szyny, ramy |
| Rafineria miedzi/EW | ~0.5 Mt/yr | ~3–5 | Szyny zbiorcze, kable |
| Fabryki PV | ~1 GW/rok | ~1,000 | Lub 200 @ 5 GW/rok klastrów |
Te jednostki to przebrane kapsuły (Część 10). Rozmnażamy się spokojnie, nie chaotycznie.
„Czy to nie jest dużo stali i szkła?”
Tak — dlatego tworzymy je za pomocą elektronów (Części 4–6, 9). Mini‑młyny i linie szklane mod‑kitu istnieją, by przetwarzać dokładnie to obciążenie, zasilane przez PV, które już wyprodukowaliśmy (Część 3).
Ziemia, woda & sąsiedzi (miejsce dla ptaków i gier piłkarskich)
Matematyka lądu (kontekst, nie wymówki)
- Na TW: ~16–22 tysięcy km² łąk PV.
- Udział w globalnej powierzchni lądowej: ~0.01–0.02% (kontekst rzędu wielkości).
- Podwójne zastosowanie: pola PV jako łąki, wypas, korytarze dla zapylaczy (Część 13).
Woda & jeziora
- Pętle procesowe: 85–95% recykling w zakładach (Część 12).
- Jeziora: sezonowe bufory + ścieżki + siedlisko (Część 13).
- Burze: bioswale + mokradła przed jeziorem.
Magazynowanie & stabilność (utrzymuj światła uprzejmie zapalone)
Zasady, których faktycznie używamy
- PV‑min (MWp) ≈ Średnia MW × 5.14 (5.5 PSH, 85% DC→AC) — zobacz Części 3, 10–12.
- Storage (MWh) ≈ 12 h × Avg MW dla spokojnej pracy.
- Overbuild: 1.5–2.0× PV do dzielenia się z sąsiadami i skracania cykli klonowania (Część 10).
Przykładowe parowania (wstępnie obliczone)
| Wielkość PV | Średnia moc | Magazynowanie 12 h | Gdzie to pasuje |
|---|---|---|---|
| 1 TWp | ~180–230 GW | ~2.2–2.8 TWh | Sieć regionalna |
| 100 GWp | ~18–23 GW | ~220–280 GWh | Centrum na skalę krajową |
| 10 GWp | ~1.8–2.3 GW | ~22–28 GWh | Mega‑kampus + miasto |
Magazynowanie może odbywać się za pomocą baterii, magazynów termicznych, pompowni lub pakietów flotowych (Część 7). Wybieramy najspokojniejszą mieszankę.
Dlaczego obliczenia ułatwiają magazynowanie?
Regały działają 24/7 przy stałej mocy (Część 11). Ta stabilna potrzeba pozwala PV+magazynowi działać przewidywalnie; ciepło odpadowe ogrzewa bloki i domy (Części 9, 12–13). Spokojna sieć to tania sieć.
Transport & przepływy (przesuwaj kształty, nie góry)
TEU & rail (kontrole rozsądku)
| Pakiet | Na 100 MWp | Na 1 TWp | Uwagi |
|---|---|---|---|
| Zestaw farmy słonecznej | ~1,000–1,600 TEU | ~10–16 M TEU | Rozproszone po regionach |
| Stal kolejowa | ~6 kt / 50 km | Skaluje się z korytarzami | Elektryfikowane (Część 8) |
| Moduły | Wysyłka na krótkie odległości | Lokalne wykończenie | Budujemy blisko zapotrzebowania |
Unikamy globalnych karawan modułowych przez klonowanie fabryk (Część 10). Atomy pozostają blisko swojego przeznaczenia.
Ciężarówki, kolej, liny
- Mega vany (200 t): pakiety 3–5 MWh, szczyty koła zamachowego (Część 7).
- Kręgosłup kolejowy: planowanie 0,04 kWh/t‑km (Część 8).
- Przenośniki/liny: tam, gdzie drogi nie mają sensu (Część 8).
Załogi i szkolenia (prace z czystymi rękami)
Ludzie na klon (typowo)
- Fabryka PV 1 GW/rok: ~300–500 etatów
- Linia szklana: ~250–400 etatów
- Mini-huta 1 Mt/rok: ~600–900 etatów
- Hala obliczeniowa 20 MW: ~80–150 etatów + wsparcie
Kręgosłup szkoleniowy
- Każdy kampus najpierw wysyła People Pod: bezpieczeństwo, klinika, sala lekcyjna (Część 10).
- Cyfrowe bliźniaki dla linii; ćwiczenia na wirtualnej stali przed gorącą stalą.
- Praktyki powiązane z pods: elektrycy, monterzy, kontrolerzy, QA.
Mapy drogowe (2, 5, 10 lat — wybierz swoje tempo)
Dwuroczny „Kick”
- Klonuj PV do ~16 GW/rok (z 1 GW startowego).
- Uruchom 4–8 linii szklanych, 4–8 mini-hut.
- Wdrożenie 5–10 GWp Łąki PV przy kopalniach i miastach.
- Rozpocznij 2–3 miasta nad jeziorami (Część 13).
Pięcioletni „Lattice”
- 150–250 GW/rok mocy PV w trzech regionach.
- 20–30 kampusów szklanych; 20–30 mini-hut.
- Regionalne magazyny do ~0,5–1,0 TWh.
- 10–20 miast; pierwszy nadmorski węzeł.
Dziesięcioletni „TW Habit”
- ≥1 TW/rok tempo klonowania PV na kontynentach.
- Produkcja szkła i stali dostosowana do potrzeb PV.
- Hale obliczeniowe ogrzewają całe dzielnice (Część 11).
- Pętle kampusowe tak nudne, że są niewidoczne (Część 12).
„Czy to tylko krzywe na slajdzie?”
Nie: każda liczba tutaj odnosi się do pods i zakładów, które już przedstawiliśmy — linie PV (Część 3), piece (Części 4–6), logistyka (Część 8), szkło (Część 9), zestawy klonów (Część 10). To plan budowy, a nie nastrój.
Wstępnie obliczone globalne scenariusze
Scenariusz A — 1 TWp/rok rozbudowy przez 10 lat
| Metryka | Wartość | Uwagi |
|---|---|---|
| Dodana PV (10 lat) | 10 TWp | Równomierne tempo |
| Roczna energia @ 1,7 PWh/TW | ~17 PWh/rok | Po zainstalowaniu |
| 12 h magazynowanie w parze | ~22–28 TWh | Przy pełnym efekcie |
| Stal na mocowania | ~600–1,000 Mt | W ciągu dekady |
| Szkło | ~450–600 Mt | Tylko szkło modułowe |
| Miedź | ~12–20 Mt | Tablice do falowników |
Te dziesięcioletnie sumy wymagają dziesiątek kampusów szklanych i mini-hut — dokładnie naszego zestawu (Części 5, 9).
Scenariusz B — 5 TWp/rok „sprint” (lata 5–10)
| Metryka | Wartość | Uwagi |
|---|---|---|
| Dodane PV (5 lat) | 25 TWp | Gorączka klonów |
| Roczna energia @ 1,7 PWh/TW | ~42,5 PWh/rok | Tylko ze sprintu |
| 12 h magazynowanie w parze | ~55–70 TWh | Rozproszone regionalnie |
| Powierzchnia łąk PV | ~0,4–0,55 M km² | Grunty o podwójnym przeznaczeniu |
„Sprint” wymaga dojrzałej dostawy podów i wyszkolonych regionalnych ekip (Część 10).
Scenariusz C — Zrównoważona sieć (przemysł elektryczny + miasta)
Załóżmy, że region celuje w 500 GWp PV, przemysł oparty na 5 mini‑walcowniach stali, 5 liniach szklarskich, 2 halach obliczeniowych.
| Element | Wartość planowania | Komentarz |
|---|---|---|
| Średnia moc | ~90–115 GW | Z PV |
| Magazynowanie (12 h) | ~1,1–1,4 TWh | Mieszanka baterii + termiczna |
| Produkcja stali | ~5 Mt/rok | Belki/cewka lokalna |
| Produkcja szkła | ~5 Mt/rok | Moduły + elewacja |
| Obliczenia | ~40 MW | Kotwica ciepła dzielnicy |
| Miasta nad jeziorami | ~4–8 | Każde 5–25 tys. osób (Część 13) |
To jest jedna płytka w sieci światowej. Kopiuj, obracaj, wklejaj.
Tap‑to‑open Q&A
„Skąd pochodzą materiały — czy mamy ich wystarczająco?”
Wcześniej rozmiarowaliśmy czyste kopalnie jako fabryki: ruda jest sortowana (Część 2), topiona bez dymu (Części 4–6) i wysyłana jako kształty (Część 8). Stal i szkło dominują w masie sprzętu PV; oba łatwo skalować za pomocą elektryczności. Miedź wymaga uwagi, ale jest mierzona w jednocyfrowych Mt na TW — możliwe do zarządzania dzięki recyklingowi (Część 12).
„Czy ziemia nie będzie wąskim gardłem?”
Łąki PV do podwójnego użytku, dachy, parkingi, kanały i tereny poprzemysłowe się sumują. Przy ~16–22k km²/TW montażu naziemnego mówimy o setnych częściach procenta powierzchni — rozmieszczonej przemyślanie wokół miast i siedlisk (Część 13).
„Jak utrzymać przyjemność mieszkania obok tego?”
Ruch elektryczny, zamknięte linie, osłonięte przenośniki, ciche place, oświetlenie przyjazne ciemnemu niebu, publiczne pulpity (Części 7–9, 12–13). Projektujemy z myślą o ptakach, meczach i porze snu.
„Co jest najtrudniejsze?”
Ludzie. Dlatego najpierw wysyłamy People Pods, inwestujemy dużo w szkolenia i pozwalamy, by pods przenosiły wiedzę, dzięki czemu lokalne zespoły mogą rozwijać kariery bez opuszczania domu (Część 10).
Aneks — ściągi, konwersje i odnośniki
Szybkie konwersje, których użyliśmy
| Rzecz | Zasada kciuka | Używane w |
|---|---|---|
| Energia PV na TWp | ~1,6–2,0 PWh/rok | Wszystkie scenariusze |
| Powierzchnia PV | 1,6–2,2 ha/MW | Tabele gruntów |
| Parowanie magazynów | 12 h × Śr. MW | Tabele magazynowania |
| Energia kolejowa | 0.04 kWh/t‑km | Logistyka (Część 8) |
| E‑truck (site) | 0.25 kWh/t‑km | Przepływy kampusowe (Część 7) |
Przekierowania (ta seria)
- Część 1 — Jeziora i pierwszy otwór: bufory wodne i przyszłe parki.
- Część 3 — Fabryka nasion słonecznych: gdzie zaczyna się kula śnieżna.
- Części 4–6 — Piece i metale: elektrony, nie dym.
- Część 8 — Transport: przewoź wartość, nie brud.
- Część 10 — Fabryki Lego: kapsuły i porty.
- Część 12 — Pętle kołowe: „odpady” z pracą.
- Część 13 — Miasta: życie wokół jeziora.
Ostatnia uwaga: Nigdy nie prosiliśmy fizyki o pozwolenie — tylko o jasność. Wybierz kamień, posortuj go, roztop światłem słonecznym, wysyłaj kształty, układaj części i powiedz jezioru, że wrócisz z promenadą. Taki jest plan. Budujmy.