Sarja: Kaivostoiminta ja materiaalit • osa 14/14
Sivilisaation mittakaavan kasvattaminen: terawattipeli
Historia tähän asti: olemme kaivaneet ensimmäisen puhtaan kuopan ja muokanneet sen järveksi. Olemme opettaneet kiviä "tunnustamaan", painaneet auringonvaloa, sulattaneet ilman savua, liikuttaneet vuoria akuilla, kuljettaneet tuotteita maaperän sijaan, tehneet valoa hiekasta, rakentaneet tehtaita kuin legoja, rakentaneet kohteita aina supertietokoneisiin asti, sulkeneet kaikki silmukat ja suunnitelleet kaupunkeja, jotka rakastavat järviään. Nyt vetäydymme: kuinka monta terawattia voimme rakentaa — rauhallisesti, nopeasti, kauniisti?
Tämän päivän tehtävä
Määrittele terawatti atomeilla, maalla, laivoilla, tiimeillä ja viikoilla — ei iskulauseilla.
Julkaise ennalta lasketut skenaariot PV:lle, varastoinnille, teräkselle, lasille, kuparille ja laskentakuormille.
Näytä kloonausmatematiikka: tehtaat, jotka rakentavat tehtaita, kunnes aurinko on oletuspolttoaine.
Mitä terawatti tarkoittaa (ja miksi rakennamme niitä paljon)
Terawatin muistilista (PV-painotus)
| Määrä | Suunnittelun merkitys | Huomautukset |
|---|---|---|
| Vuotuinen energia / TWp | ~1,6–2,0 PWh/vuosi | Riippuu ilmastosta ja kaltevuudesta |
| Keskiteho | ~180–230 GW | Energiasta ÷ 8 760 h |
| 12 h varastointipari | ~2,2–2,8 TWh | Keskim. GW × 12 |
| Pinta-ala (maan päällä asennettu) | ~16–22 tuhat km² | 1,6–2,2 ha/MW |
| PV-moduulien massa | ~45–60 Mt | ~45–60 t/MW |
Aikavälit "sitovat meidät maahan" eri leveysasteilla, seuraajien ja BOS-päätösten kanssa.
Yksinkertainen "miksi"
- Elektronit ≫ polttoaine: mieluummin siirrämme johtimia kuin vuoria.
- Puhdas lämpö: uunit ja polttolaitteet kuuntelevat sähköä (osat 4–6, 9).
- Ennustettava kuorma: laskenta ja tehtaat antavat vakaan peruskuorman, josta varastointi pitää (osat 10–12).
Kloonausmatematiikka — tehtaat, jotka rakentavat tehtaita
Siemen → lumipallo (PV-tehtaat, yli 1 GW/vuosi)
| Kalenteripiste | Toimivat tehtaat | PV kapasiteetti/vuosi | Huomautus |
|---|---|---|---|
| 0 kk | 1 | 1 GW/vuosi | Siementen tehdas (osa 3) |
| 12 kk | 4 | 4 GW/vuosi | Ensimmäiset kloonit (10 osaa) |
| 24 kk | 16 | 16 GW/vuosi | Lumipallon vauhti |
| 36 kk | 36–64 | 36–64 GW/vuosi | Rajoittavat tiimit ja podit |
| 60 kk | 150–250 | 150–250 GW/vuosi | Alueelliset klusterit ovat mukana |
Kasvua rajoittavat ihmiset/podit, ei mielikuvitus; laatu pysyy tylsän korkeana.
Kloonijoukon budjetti (yhdelle 1 GW/vuosi PV-tehtaalle)
| POD | Määrä | Keskimääräinen kuormitus | Koteloala |
|---|---|---|---|
| Power PP‑20 | 3 | ~60 MW | — |
| Water WP‑500 | 2 | — | ~180 m² kukin |
| Heat HP‑20 | 1 | — | ~400 m² |
| Linjojen podit | 12 | — | ~1 200 m² kukin |
| Ohjaimet + ihmiset | 1 + 3 | — | QA + laboratoriot |
Se on sama "lego"-grammatiikka, jota käytimme koko sarjassa (osa 10).
Kuinka välttää laadun heikkeneminen suuressa mittakaavassa?
Podit kuljettavat taitoja; kentät — betonia. Jokainen podi tarkastettu siemenosastolla, sarjanumerolla, skannattu pystytyksen jälkeen ja käynnistetty käsikirjoituksen mukaan. Skaalasimme tylsän osan — tarkistuslistat, emme riskiä.
Atomeja yhtä terawattia kohti (mitä todella siirrämme ja sulatamme)
PV-laitteet yhtä TW:ta kohtip (maahan asennettava)
| Elementti | Per MW | Per TW | Huomautukset |
|---|---|---|---|
| Moduulit (massa) | ~45–60 t | ~45–60 Mt | Lasi + runko (osa 9) |
| Kiinnitysteräs/Al | ~60–100 t | ~60–100 Mt | Sinkitty teräs + Al-kiskot |
| Kupari (Cu) | ~1,2–2,0 t | ~1,2–2,0 Mt | Jousista invertteriin |
| Lasipinta-ala | ~5 000 m² | ~5 000 km² | Pieni rautapitoisuus (osa 9) |
| Pinta-ala | 1,6–2,2 ha | 16–22 tuhat km² | Seuraajat, välit |
Yhden TW:n summat jaettu alueittain ja vuosittain; kuljetamme lomakkeita (osa 8), ei maata.
Tehtaat, jotka toimittavat kyseisen TW:n
| Linja / kulma | Yksikön kapasiteetti | Yksiköitä 1 TW | Huomautukset |
|---|---|---|---|
| Aurinkolasin kulma | ~1 Mt/vuosi | ~45–60 | Moduuleille ja julkisivuille |
| Mini-jauhatukset (teräs) | ~1 Mt/vuosi | ~60–100 | Profiilit + nauha (5 osa) |
| Al-ekstruusiotehdas | ~0,2 Mt/vuosi | ~100–200 | Kiskot, kehykset |
| Kuparin jalostus/EW | ~0,5 Mt/vuosi | ~3–5 | Kiskoille, kaapeleille |
| PV-tehtaat | ~1 GW/vuosi | ~1 000 | Tai 200 kpl 5 GW/vuosi klustereita |
Nämä yksiköt ovat kuin podit pukeutuneina (kohta 10). Lisäämme rauhallisesti, ei kaoottisesti.
"Eikö tämä ole liikaa terästä ja lasia?"
Kyllä — siksi valmistamme ne elektroneilla (kohdat 4–6, 9). Modulaariset mini-myllyt ja lasilinjat on suunniteltu juuri tätä työtä varten, niitä ruokkii PV, jonka olemme jo tuottaneet (kohta 3).
Maa, vesi ja naapurit (paikkoja linnuille ja leikeille)
Maan "matematiikka" (konteksti, ei tekosyitä)
- Yhdelle TW: ~16–22 tuhatta km² PV-niittyjä.
- Maapallon maa-alueen osuus: ~0,01–0,02 % (suuntaa antava määrä).
- Kaksoiskäyttö: PV-kentät niittyinä, laitumina, pölyttäjien käytävinä (kohta 13).
Vesi ja järvet
- Prosessikontuurit: 85–95 % uudelleenkäyttö tehtaissa (kohta 12).
- Järvet: kausivaimennimet + polut + elinympäristöt (kohta 13).
- Sateet: biosuodattimet + kosteikot järven edessä.
Varastointi ja vakaus (valo "kohteliaasti" ei sammu)
Säännöt, joita todella noudatamme
- PV‑min (MWp) ≈ Keskiarvo MW × 5,14 (5,5 PSH, 85 % DC→AC) — katso kohdat 3, 10–12.
- Varastointi (MWh) ≈ 12 h × Keskiarvo MW rauhallisiin operaatioihin.
- Liian suuri koko: 1,5–2,0× PV jakaa naapureiden kanssa ja lyhentää kloonaussyklejä (osa 10).
Esimerkkiparit (ennakkoon laskettu)
| PV-koko | Keskiteho | 12 h varastointi | Missä sopii |
|---|---|---|---|
| 1 TWp | ~180–230 GW | ~2,2–2,8 TWh | Alueellinen verkko |
| 100 GWp | ~18–23 GW | ~220–280 GWh | Valtakunnallinen solmu |
| 10 GWp | ~1,8–2,3 GW | ~22–28 GWh | Mega‑kampus + kaupunki |
Varastointi voi olla akkua, lämpöä, vesivoimaa tai parkkipaketteja (laivasto) (osa 7). Valitsemme rauhallisimman yhdistelmän.
Miksi laskenta helpottaa varastointia?
Hyllyt toimivat 24/7 vakaalla teholla (osa 11). Tämä vakaa kysyntä mahdollistaa PV + varastoinnin ennustettavan toiminnan; ylijäämälämpö lämmittää lohkoja ja koteja (osat 9, 12–13). Rauhallisempi verkko on edullisempi verkko.
Kuljetus ja virtaukset (liikutamme muotoja, emme vuoria)
TEU ja rautatie (terveen järjen tarkistus)
| Kompletti | Yli 100 MWp | Yli 1 TWp | Huomautukset |
|---|---|---|---|
| Aurinkoenergiajärjestelmä | ~1 000–1 600 TEU | ~10–16 milj. TEU | Hajautettu alueittain |
| Rautatien teräs | ~6 kt / 50 km | Mittakaava käytävineen | Sähköistetty (osa 8) |
| Moduulit | Kuljetetaan lyhyitä matkoja | Paikallinen "viimeistely" | Rakennamme kysynnän viereen |
Vältämme globaalien moduulikaravaanien kloonaamista tehtaita (osa 10). Atomit pysyvät lähellä määränpäätään.
Kuorma-autot, rautatie, vaijerit
- Megakuorma-autot (200 t): 3–5 MWh paketit, kärjille — vauhtipyörä (7 osaa).
- Rautatien "selkäranka": suunnitteluun 0,04 kWh/t-km (8 osaa).
- Kuljettimet/vaijerit: siellä missä tiet eivät kannata (8 osaa).
Tiimit ja koulutukset (työt puhtain käsin)
Ihmiset yhtä kloonia kohden (tyypillisesti)
- PV-tehdas 1 GW/vuosi: noin 300–500 FTE
- Lasilinja: noin 250–400 FTE
- Mini-mylly 1 Mt/vuosi: noin 600–900 FTE
- Laskentahalli 20 MW: noin 80–150 FTE + tuki
Koulutuksen "selkäranka"
- Jokainen kampus lähettää ensin ihmisten podin: turvallisuus, klinikka, luokka (10 osaa).
- Linjojen digitaaliset kaksoset; harjoitukset virtuaaliteräksellä ennen kuumaa terästä.
- Harjoitukset, jotka liittyvät pod-jaksoihin: sähköasentajille, kuormaajille, ohjaajille, QA:lle.
Useiden vuosien suuntaviivat (2, 5, 10 vuotta — valitse tahti)
Kahden vuoden "Spyris"
- Kloonaa PV noin 16 GW/vuosi (~1 GW siemenestä).
- Rakennetaan 4–8 lasilinjaa, 4–8 mini-myllyä.
- Asennetaan 5–10 GWp PV-niityt kaivoksilla ja kaupungeissa.
- Aloitetaan 2–3 järvikaupunkia (osa 13).
Viiden vuoden "Gardelė"
- 150–250 GW/vuosi PV-kapasiteetti kolmella alueella.
- 20–30 lasikampusta; 20–30 mini-myllyä.
- Alueellinen varastointi noin 0,5–1,0 TWh.
- 10–20 kaupunkia; ensimmäinen rannikkosolmu.
Kymmenen vuoden "TW-tapa"
- ≥1 TW/vuosi PV-kloonausnopeus mantereilla.
- Lasin ja teräksen kustannukset sovitettu PV-tarpeeseen.
- Laskentatilat lämmittävät kokonaisia alueita (osa 11).
- Kampuksen silmukat ovat niin tylsiä, että ne eivät näy (osa 12).
"Onko tämä vain käyrät kalvolla?"
Ei: jokainen luku perustuu podeihin ja tehtaisiin, jotka olemme jo asettaneet — PV-linjoihin (osa 3), uuneihin (osat 4–6), logistiikkaan (osa 8), lasiin (osa 9), kloonaussarjoihin (osa 10). Tämä on rakennussuunnitelma, ei mieliala.
Ennalta lasketut maailmanlaajuiset skenaariot
Skenaario A — 1 TWp/vuoden kasvu 10 vuotta
| Indikaattori | Arvo | Huomautukset |
|---|---|---|
| Lisätty PV (10 v.) | 10 TWp | Tasainen kasvu |
| Vuotuinen energia @ 1,7 PWh/TW | ~17 PWh/vuosi | Kun asennettu |
| Paritettu 12 h varastointi | ~22–28 TWh | Täydellä teholla |
| Teräs kiinnityksiin | ~600–1 000 Mt | Vuosikymmenen aikana |
| Lasi | ~450–600 Mt | Vain moduulien lasille |
| Verkko | ~12–20 Mt | Massiivisista inverttereihin |
Tämän vuosikymmenen volyymit vaativat kymmeniä lasikulmureita ja minijauhamoja — juuri meidän sarjaamme (5, 9 osaa).
Skenaario B — 5 TWp/vuosi „spurt“ (5–10 vuotta)
| Indikaattori | Arvo | Huomautukset |
|---|---|---|
| Lisätty aurinkosähkö (5 v.) | 25 TWp | Kloonauksen kuume |
| Vuotuinen energia @ 1,7 PWh/TW | ~42,5 PWh/vuosi | Pelkästään spurtista |
| Paritettu 12 h varastointi | ~55–70 TWh | Hajautettu alueille |
| Aurinkopeltojen ala | ~0,4–0,55 milj. km² | Kaksoistarkoitus |
„Spurt“ tarvitsee kypsän pod-toimitusketjun ja koulutetut alueelliset tiimit (osa 10).
Skenaario C — Tasapainotettu verkosto (sähköteollisuus + kaupungit)
Oletetaan, että alueella on 500 GWp aurinkosähköä, teollisuuden keskus — 5 teräsmikromyllyä, 5 lasilinjaa, 2 laskentakeskusta.
| Sijainti | Suunnittelun merkitys | Kommentti |
|---|---|---|
| Keskiteho | ~90–115 GW | PV:stä |
| Varastointi (12 h) | ~1,1–1,4 TWh | Paristojen + lämmön seos |
| Teräksen valmistus | ~5 Mt/vuosi | Paikalliset profiilit/teippi |
| Lasin valmistus | ~5 Mt/vuosi | Moduulit + julkisivu |
| Laskenta | ~40 MW | Keskitetyn lämmön ankkuri |
| Järvikaupungit | ~4–8 | Jokaisessa 5–25 tuhatta ihmistä (osa 13) |
Tai yksi laatta maailman ruudukossa. Kopioi, kierrä, liitä.
UKK
”Mistä materiaalit tulevat — riittävätkö ne?”
Aiemmissa osissa arvioimme puhtaat kaivokset-tehtaina: malmi lajiteltu (osa 2), savuttomasti sulatettu (osat 4–6) ja kuljetettu muotona (osa 8). PV-laitteissa massan määrää teräs ja lasi; molempia on helppo lisätä sähköllä. Kuparia on huollettava, mutta sen määrät ovat yksinumeroinen Mt yhtä TW:ta kohti, hallittu kierrätyksellä (osa 12).
”Muuttuuko maa pullonkaulaksi?”
Kaksikäyttöiset PV-niityt, katot, parkkipaikat, kanavat ja hylätyt alueet ”yhdistyvät”. Noin 16–22 tuhatta km²/TW maa-alueilla puhumme sadasosista prosenttia — siististi sijoitettu kaupunkien ja elinympäristöjen ympärille (osa 13).
”Miten säilyttää miellyttävä asuminen lähellä?”
Sähköinen liikkuminen, suljetut linjat, peitetyt kuljettimet, hiljaiset pihat, pimeän taivaan valaistus, julkiset yhteenvetotaulut (osat 7–9, 12–13). Suunnittelemme linnuille, peleille ja nukkumiselle.
”Mikä on vaikeinta?”
Ihmiset. Siksi lähetämme ensin Ihmisten podit, investoimme koulutukseen ja annamme podien kantaa osaamista, jotta paikalliset tiimit rakentaisivat uria lähtemättä pois (osa 10).
Liite — muistilistat, muunnokset ja linkit
Nopeat muunnokset, joihin perustimme
| Aihe | Sääntö käytännöstä | Missä käytetty |
|---|---|---|
| PV-energiaa yhtä TW:ta kohtip | ~1,6–2,0 PWh/vuosi | Kaikissa skenaarioissa |
| PV pinta-ala | 1,6–2,2 ha/MW | Maan taulukot |
| Varastoinnin paritus | 12 h × Keskiarvo MW | Varastointitaulukot |
| Rautatien energia | 0,04 kWh/t‑km | Logistiikka (osa 8) |
| Sähkökuorma-auto (kohteessa) | 0,25 kWh/t‑km | Kampuksen virtaukset (osa 7) |
Ristiinviittaukset (tämä sarja)
- Osa 1 — Järvet ja ensimmäinen kuoppa: veden vaimennus ja tulevat puistot.
- Osa 3 — Auringon siementehdas: missä lumipallo alkaa.
- Osat 4–6 — Uunit ja metallit: elektroneja, ei savua.
- Osa 8 — Liikenne: kuljetamme arvoa, emme maata.
- Osa 10 — Lego-tehtaat: podit ja portit.
- Osa 12 — Sykliset silmukat: "jätteet" työn kanssa.
- Osa 13 — Kaupungit: elämä järven ympärillä.
Päätösmuistio: Emme kysyneet lupaa fysiikasta — vain selkeyden vuoksi. Valitse kivi, lajitele, sulata auringon energialla, kuljeta muodot, asettele osat ja lupaa järvelle, että palaat ponttonikäytävän kanssa. Sellainen suunnitelma. Eteenpäin rakentamaan.