Seria: Górnictwo i materiały • 14 z 14
Skalowanie cywilizacji: gra terawatami
Historia do tej pory: wykopaliśmy pierwszą czystą dziurę i uformowaliśmy ją w jezioro. Nauczyliśmy skały "przyznawać się", odcisnęliśmy światło słoneczne, topiliśmy bez dymu, przesuwaliśmy góry bateriami, przewoziliśmy produkty, a nie grunt, robiliśmy światło z piasku, składaliśmy fabryki jak lego, budowaliśmy obiekty aż do superkomputerów, zamknęliśmy wszystkie pętle i zaprojektowaliśmy miasta, które kochają swoje jeziora. Teraz się wycofujemy: ile terawatów możemy zbudować — spokojnie, szybko, pięknie?
Dzisiejsze zadanie
Zdefiniuj terawat atomami, ziemią, statkami, zespołami i tygodniami — nie sloganami.
Opublikuj wcześniej obliczone scenariusze dla PV, magazynowania, stali, szkła, miedzi i obciążeń obliczeniowych.
Pokaż matematykę klonowania: fabryki budujące fabryki, aż słońce stanie się domyślnym paliwem.
Co oznacza terawat (i dlaczego zbudujemy ich wiele)
Notatka terawata (akcent PV)
| Ilość | Znaczenie planowania | Uwagi |
|---|---|---|
| Roczna energia / TWp | ~1,6–2,0 PWh/rok | Zależy od klimatu i nachylenia |
| Średnia moc | ~180–230 GW | Z energii ÷ 8 760 h |
| 12 h okres gromadzenia | ~2,2–2,8 TWh | Średnio GW × 12 |
| Powierzchnia (montowana na ziemi) | ~16–22 tys. km² | 1,6–2,2 ha/MW |
| Masa modułów PV | ~45–60 Mt | ~45–60 t/MW |
Interwały „przywiązują nas do ziemi” na różnych szerokościach geograficznych, z obserwatorami i decyzjami BOS.
Proste „dlaczego”
- Elektrony ≫ paliwo: wolimy przesyłać prąd przewodami niż góry.
- Czyste ciepło: piece i urządzenia spalające słuchają elektryczności (części 4–6, 9).
- Przewidywalne obciążenie: obliczenia i fabryki zapewniają stabilne obciążenie bazowe, które lubi magazynowanie (części 10–12).
Matematyka klonowania — fabryki budujące fabryki
Nasiono → kula śnieżna (fabryki PV, po 1 GW/rok)
| Punkt kalendarzowy | Działające fabryki | Moc PV/rok | Uwaga |
|---|---|---|---|
| 0 mies. | 1 | 1 GW/rok | Fabryka nasion (część 3) |
| 12 mies. | 4 | 4 GW/rok | Pierwsze klony (10 część) |
| 24 mies. | 16 | 16 GW/rok | Tempo „śnieżnej kuli” |
| 36 mies. | 36–64 | 36–64 GW/rok | Ograniczają zespoły i pody |
| 60 mies. | 150–250 | 150–250 GW/rok | Włączone klastry regionalne |
Wzrost ograniczamy ludźmi/podami, nie wyobraźnią; jakość pozostaje nudno wysoka.
Budżet zestawu klonów (na jedną 1 GW/rok fabrykę PV)
| POD | Ilość | Śr. obciążenie | Powierzchnia korpusu |
|---|---|---|---|
| Power PP‑20 | 3 | ~60 MW | — |
| Water WP‑500 | 2 | — | ~180 m² każdy |
| Heat HP‑20 | 1 | — | ~400 m² |
| Podsy linii | 12 | — | ~1 200 m² każdy |
| Sterowniki + ludzie | 1 + 3 | — | QA + laboratoria |
To ta sama gramatyka „lego”, której używaliśmy w całej serii (część 10).
Jak uniknąć spadku jakości przy dużej skali?
Podsy przenoszą umiejętności; place — beton. Każdy pod jest sprawdzany w dziale nasion, z numerem seryjnym, zeskanowany po ustawieniu i uruchomiony zgodnie ze scenariuszem. Skalowaliśmy nudną część — listy kontrolne, a nie ryzyko.
Atomy na jeden terawat (to, co faktycznie przemieszczamy i topimy)
Sprzęt PV na jeden TWp (montowany na ziemi)
| Element | Na MW | Na TW | Uwagi |
|---|---|---|---|
| Moduły (masa) | ~45–60 t | ~45–60 Mt | Szkło + rama (9 część) |
| Stal/Al do mocowań | ~60–100 t | ~60–100 Mt | Stal ocynkowana + szyny Al |
| Miedź (Cu) | ~1,2–2,0 t | ~1,2–2,0 Mt | Od strun do inwertera |
| Powierzchnia szkła | ~5 000 m² | ~5 000 km² | Niska zawartość żelaza (9 część) |
| Powierzchnia | 1,6–2,2 ha | 16–22 tys. km² | Śledzący, odstępy |
Suma jednego TW rozdzielona na regiony i lata; transportujemy formy (8 część), nie grunt.
Fabryki, które zaopatrzą ten TW
| Linia / kampus | Moc jednostkowa | Jednostki 1 TW | Uwagi |
|---|---|---|---|
| Kampus szkła słonecznego | ~1 Mt/rok | ~45–60 | Dla modułów i fasad |
| Mini-młyny (stal) | ~1 Mt/rok | ~60–100 | Profile + taśma (5 część) |
| Fabryka ekstruzji Al | ~0,2 Mt/rok | ~100–200 | Szyny, ramy |
| Rafinacja miedzi/EW | ~0,5 Mt/rok | ~3–5 | Dla szyn, kabli |
| Fabryki PV | ~1 GW/rok | ~1 000 | Albo 200 klastrów po 5 GW/rok |
Te jednostki — pody przebrane (część 10). Będziemy mnożyć spokojnie, nie chaotycznie.
„Czy to nie za dużo stali i szkła?"
Tak — dlatego produkujemy je z elektronami (części 4–6, 9). Modularne mini-młyny i linie szklane stworzone specjalnie do tej pracy, zasilane PV, które już wyprodukowaliśmy (część 3).
Ziemia, woda i sąsiedzi (miejsca dla ptaków i zabaw)
„Matematyka" ziemi (kontekst, nie wymówki)
- Na 1 TW: ~16–22 tys. km² łąk PV.
- Udział lądowy na świecie: ~0,01–0,02 % (orientacyjna wielkość).
- Podwójne przeznaczenie: pola PV jako łąki, pastwiska, korytarze zapylaczy (część 13).
Woda i jeziora
- Obwody procesowe: 85–95 % recykling w fabrykach (część 12).
- Jeziora: sezonowe amortyzatory + ścieżki + siedliska (część 13).
- Ulewy: bioszlaki + mokradła przed jeziorem.
Magazynowanie i stabilność (światło „grzecznie" nie gaśnie)
Zasady, których naprawdę przestrzegamy
- PV‑min (MWp) ≈ Śr. MW × 5,14 (5,5 PSH, 85 % DC→AC) — patrz części 3, 10–12.
- Magazynowanie (MWh) ≈ 12 h × Śr. MW dla spokojnych operacji.
- Za duży rozmiar: 1,5–2,0× PV dzielić z sąsiadami i skracać cykle klonowania (część 10).
Przykładowe pary (wstępnie obliczone)
| Rozmiar PV | Średnia moc | Magazynowanie 12 h | Gdzie pasuje |
|---|---|---|---|
| 1 TWp | ~180–230 GW | ~2,2–2,8 TWh | Sieć regionalna |
| 100 GWp | ~18–23 GW | ~220–280 GWh | Węzeł państwowy |
| 10 GWp | ~1,8–2,3 GW | ~22–28 GWh | Mega‑kampus + miasto |
Magazynowanie może obejmować baterie, magazyny cieplne, hydroakumulacyjne lub pakiety parkowe (flotowe) (część 7). Wybieramy najspokojniejszą mieszankę.
Dlaczego obliczenia ułatwiają magazynowanie?
Regały pracują 24/7 z stałą mocą (część 11). Ten stabilny popyt pozwala PV + magazynowaniu działać przewidywalnie; ciepło odpadowe ogrzewa bloki i domy (części 9, 12–13). Spokojniejsza sieć — tańsza sieć.
Transport i przepływy (przemieszczamy formy, nie góry)
TEU i kolej (kontrole zdroworozsądkowe)
| Komplet | Ponad 100 MWp | Ponad 1 TWp | Uwagi |
|---|---|---|---|
| Zestaw rolnictwa słonecznego | ~1 000–1 600 TEU | ~10–16 mln. TEU | Podzielone na regiony |
| Stal kolejowa | ~6 kt / 50 km | Skala z korytarzami | Elektryfikacja (część 8) |
| Moduły | Transportowane na krótkie odległości | Lokalne „finishing“ | Budujemy obok popytu |
Unikaj globalnych karawanów modułów kopiujących fabryki (część 10). Atomy pozostają blisko swojego przeznaczenia.
Ciężarówki, kolej, liny
- Mega furgony (200 t): pakiety 3–5 MWh, dla szczytów — koło zamachowe (7 części).
- „Kręgosłup” kolei: planowanie 0,04 kWh/t‑km (8 części).
- Przenośniki/liny: tam, gdzie drogi się nie opłacają (8 części).
Zespoły i szkolenia (prace czystymi rękami)
Ludzie na jeden klon (typowo)
- Fabryka PV 1 GW/rok: ~300–500 FTE
- Linia szklana: ~250–400 FTE
- Mini-młyn 1 Mt/rok: ~600–900 FTE
- Hala obliczeniowa 20 MW: ~80–150 FTE + wsparcie
„Kręgosłup” szkolenia
- Każdy kampus najpierw wysyła Pod ludzi: bezpieczeństwo, klinika, klasa (10 części).
- Cyfrowe bliźniaki linii; treningi z wirtualną stalą przed gorącą stalą.
- Praktyki powiązane z podami: elektrycy, załadowcy, kontrolerzy, QA.
Kilkuletnie wytyczne (2, 5, 10 lat — wybierz tempo)
Dwuletni „Spyris“
- Klonować PV do ~16 GW/rok (od 1 GW nasion).
- Zbudować 4–8 linii szkła, 4–8 mini-młynów.
- Zainstalować 5–10 GWp Łąki PV w kopalniach i miastach.
- Rozpocząć 2–3 miasta nad jeziorami (część 13).
Pięcioletnia „Gardelė”
- 150–250 GW/rok mocy PV w trzech regionach.
- 20–30 narożników szkła; 20–30 mini-młynów.
- Regionalne magazynowanie do ~0,5–1,0 TWh.
- 10–20 miast; pierwszy węzeł przybrzeżny.
Dziesięcioletni „nałóg TW”
- ≥1 TW/rok tempo klonowania PV na kontynentach.
- Koszty szkła i stali dostosowane do zapotrzebowania PV.
- Sale obliczeniowe ogrzewają całe dzielnice (część 11).
- Pętle kampusu są tak nudne, że niewidoczne (część 12).
„Czy to tylko krzywe na slajdzie?”
Nie: każda liczba tutaj opiera się na podach i fabrykach, które już rozplanowaliśmy — linie PV (część 3), piece (części 4–6), logistyka (część 8), szkło (część 9), zestawy do klonowania (część 10). To plan budowy, nie nastrój.
Wstępnie obliczone globalne scenariusze
Scenariusz A — 1 TWp/rok rozwój 10 lat
| Wskaźnik | Wartość | Uwagi |
|---|---|---|
| Dodano PV (10 m.) | 10 TWp | Równomierny przebieg |
| Roczna energia @ 1,7 PWh/TW | ~17 PWh/rok | Gdy zainstalowano |
| Sprzężone 12 h magazynowanie | ~22–28 TWh | Pełną mocą |
| Stal do mocowań | ~600–1 000 Mt | W ciągu dekady |
| Szkło | ~450–600 Mt | Tylko do szkła modułów |
| Pająk | ~12–20 Mt | Od maszyn do falowników |
Te wolumeny dekady wymagają dziesiątek narożników szklanych i mini-młynów — dokładnie naszego zestawu (5, 9 części).
Scenariusz B — 5 TWp/rok „spurt" (5–10 lat)
| Wskaźnik | Wartość | Uwagi |
|---|---|---|
| Dodane PV (5 m.) | 25 TWp | Gorączka klonowania |
| Roczna energia @ 1,7 PWh/TW | ~42,5 PWh/rok | Tylko ze spurtem |
| Sprzężone 12 h magazynowanie | ~55–70 TWh | Rozproszony w regionach |
| Powierzchnia łąk PV | ~0,4–0,55 mln. km² | Podwójne przeznaczenie |
„Spurtowi" potrzebny jest dojrzały łańcuch dostaw podów i wyszkolone regionalne zespoły (10 część).
Scenariusz C — Zrównoważona kratownica (przemysł elektryczny + miasta)
Załóżmy, że region osiąga 500 GWp PV, oś przemysłu — 5 mini-hut stali, 5 linii szklarskich, 2 sale obliczeniowe.
| Pozycja | Znaczenie planowania | Komentarz |
|---|---|---|
| Średnia moc | ~90–115 GW | Z PV |
| Magazynowanie (12 h) | ~1,1–1,4 TWh | Baterie + mieszanka cieplna |
| Produkcja stali | ~5 Mt/rok | Lokalne profile/pas |
| Produkcja szkła | ~5 Mt/rok | Moduły + fasada |
| Obliczenia | ~40 MW | Kotwica scentralizowanego ciepła |
| Miasta jezior | ~4–8 | Każde po 5–25 tys. ludzi (1/3) |
To jedna płytka w układance świata. Kopiuj, obracaj, wklejaj.
FAQ
„Skąd wezmą się materiały — czy ich wystarczy?”
W poprzednich częściach oceniliśmy czyste kopalnie-jako-fabryki: ruda posortowana (część 2), przetopiona bez dymu (części 4–6) i transportowana jako formy (część 8). W sprzęcie PV masę stanowią stal i szkło; oba łatwo zwiększać elektrycznie. Miedź wymaga nadzoru, ale jej ilości to jednocyfrowe Mt na jeden TW, kontrolowane przez recykling (część 12).
„Czy ziemia nie stanie się wąskim gardłem?”
Łąki PV o podwójnym przeznaczeniu, dachy, place, kanały i opuszczone tereny „składają się”. Przy ~16–22 tys. km²/TW terenów naziemnych mówimy o setnych częściach procenta — starannie rozmieszczonych wokół miast i siedlisk (część 13).
„Jak utrzymać przyjemność życia obok?”
Ruch elektryczny, zamknięte linie, przykryte przenośniki, ciche podwórka, oświetlenie ciemnego nieba, publiczne tablice zbiorcze (części 7–9, 12–13). Projektujemy dla ptaków, zabawy i snu.
„Co jest najtrudniejsze?”
Ludzie. Dlatego najpierw wysyłamy [open] Pody Ludzi, inwestujemy ponownie w szkolenia i pozwalamy podom przekazywać kompetencje, aby lokalne zespoły mogły budować kariery bez wyjazdów (część 10).
Dodatek — notatki, konwersje i odnośniki
Szybkie konwersje, na których się opieraliśmy
| Temat | Zasada z praktyki | Gdzie użyto |
|---|---|---|
| Energia PV na jeden TWp | ~1,6–2,0 PWh/rok | We wszystkich scenariuszach |
| Powierzchnia PV | 1,6–2,2 ha/MW | Tablice ziemi |
| Parowanie magazynowania | 12 h × Śr. MW | Tablice magazynowania |
| Energia kolejowa | 0,04 kWh/t‑km | Logistyka (część 8) |
| E-ciężarówka (na miejscu) | 0,25 kWh/t‑km | Strumienie kampusu (część 7) |
Odnośniki krzyżowe (ta seria)
- Część 1 — Jeziora i pierwsza dziura: amortyzacja wody 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: przewozimy wartość, nie grunt.
- Część 10 — Fabryki Lego: pody i porty.
- Część 12 — Pętle cykliczne: „odpady” z pracą.
- Część 13 — Miasta: życie wokół jeziora.
Ostateczna uwaga: Nie pytaliśmy o pozwolenie z fizyki — tylko dla jasności. Wybierz skałę, posortuj, stop ją energią słoneczną, transportuj formy, układaj części i obiecaj jezioru, że wrócisz z pomostem pontonowym. Taki plan. Naprzód budować.