把沙漠變成太陽能發(fā)電的大工廠

在本文中，我們將把相同的原則應(yīng)用于太陽能農(nóng)場。更具體地說，我們將研究如何將大規(guī)模生產(chǎn)和自動化應(yīng)用于陸地太陽能，以降低成本。

集中式太陽能從太陽獲取熱量并利用它來發(fā)電，并為熱驅(qū)動過程提供動力。在一個典型的系統(tǒng)中，太陽加熱熔鹽，熔鹽產(chǎn)生蒸汽，蒸汽推動電動渦輪機(jī)。對于相對較少的額外成本和很少的效率損失，人們可以將已經(jīng)熱的鹽儲存在一個罐中，并在太陽落山后用它來發(fā)電。存儲非常重要，因為它意味著下游加工設(shè)備在太陽落山后不會閑置，閑置設(shè)備會燒錢。此外，當(dāng)惡劣天氣耗盡存儲空間時，人們可以在聚光太陽能發(fā)電廠燃燒天然氣或煤炭，以加熱熔鹽或蒸汽，并繼續(xù)運行。

如果將聚光太陽能與儲能和碳燃料備用相結(jié)合，您將獲得一個可以按需提供 24 x 365 小時能源的設(shè)施，其方式類似于碳基設(shè)備。這意味著您可以用一個換另一個;而不是維護(hù)兩個設(shè)施。換句話說，如果 24 x 365 可調(diào)度太陽能的成本低于 24 x 365 可調(diào)度碳，人們就會青睞太陽能。

此外，熱量可以直接用于制造東西，這一點非常重要，如下所述。

解決氣候變化問題涉及大規(guī)模建設(shè)

為了更好地了解聚光太陽能的工作原理，可以觀看有關(guān)首航敦煌二期項目的視頻(0.08美元/千瓦時，0.55TWh/年)。

要取代中國的電力，需要 13,600 個這樣的大型設(shè)施 (7,510 / 0.55)。而要取代世界能源消耗，則需要 101,800 (56,000 / 0.55)。這個站點非常龐大，其中 101,800 個似乎難以想象。

好消息是工廠大規(guī)模生產(chǎn)和自動化可以處理大規(guī)模。

壞消息是似乎很少有人意識到我們的努力相對于問題的大小是多么微不足道;我們?nèi)狈崿F(xiàn)零排放的計劃;工廠大規(guī)模生產(chǎn)以處理大規(guī)模的需要;在建造工廠之前需要多年的工程設(shè)計;以及對自動化的需求，以將成本降低到基于碳的選項之下。

降低聚光太陽能的成本

為了降低聚光太陽能的成本，工程師可以關(guān)注兩個問題：

· 如果我們花費數(shù)十億美元開發(fā)大規(guī)模生產(chǎn)用于集中式太陽能電池陣列的組件的工廠，并免費提供工廠的設(shè)計，以使這些組件商品化并降低成本，那么總場地成本是什么樣的?

· 如果我們開發(fā)安裝和維護(hù)這些組件的自動化機(jī)器，那么安裝和維護(hù)成本是什么樣的?

在回答這些問題之前，工程師們需要開發(fā)粗略的設(shè)計和成本模型，這可能需要價值1000萬美元的工程成本。如果有利，人們可以繼續(xù)以更詳細(xì)的設(shè)計、更高的成本和簡單的原型。人們可能會選擇花費不到1000萬美元進(jìn)行初步評估;然而，考慮到世界希望在30年內(nèi)建設(shè)價值數(shù)萬億美元的綠色能源發(fā)電設(shè)施，1000萬美元是合理的。Driving Down the Cost of Storage

為了降低儲存成本，工廠可以大量生產(chǎn)大型熔鹽儲罐，這些儲罐通過超寬鐵路從工廠轉(zhuǎn)移到發(fā)電站。有許多不同的方法可以做到這一點，從運輸整個儲罐到運輸通過專用設(shè)備在現(xiàn)場焊接在一起的子組件。

例如，如果有 32 個裝有熔鹽的儲罐，每個儲罐的直徑為 14 米，高為 14 米，并且將這些儲罐再加熱 240°C，那么一個儲罐可以儲存 1.0 GWt 12 小時?；蛘?，如果要儲存 5 天，則需要 320 個罐?？梢钥闯觯L期存儲成本更高。

利用太陽的熱量制造東西

全球大約42%的能源消耗是電力。剩下的58%主要是石油、煤和天然氣，它們會產(chǎn)生熱量或機(jī)械運動。熱量通常被用來制造金屬、塑料、水泥和化學(xué)品等物質(zhì)。在我們的綠色未來，運輸可能會使用氫氣或液氨，這是需要制造的化學(xué)物質(zhì)。

熱量以千兆瓦的熱能(GWt)為單位進(jìn)行量化，電力以千兆瓦的電能(GWe)為單位量化。通常，一個通過35%高效的蒸汽渦輪機(jī)從一個轉(zhuǎn)換到另一個。例如，1.0 GWt進(jìn)入渦輪機(jī)，0.35 GWe進(jìn)入出口，0.65 GWt作為熱量消失到大氣中。我們希望盡可能多地減少0.65，這樣做有很多技術(shù)。

回到制作材料。如果我們先發(fā)電，然后再用它來發(fā)電，我們在發(fā)電時就會損失65%。或者，如果我們直接使用熱量，避免用電，我們就不會減少3比1的能源，也不會增加能源1比3的成本?；蛘撸@種方法的一種變化是利用來自太陽或核反應(yīng)堆的熱量通過化學(xué)過程(如硫碘)制造氫氣，并在另一個位置和時間燃燒這些氣體，以產(chǎn)生更多的熱量。如前所述，我們需要綠色選擇比碳排放選擇更便宜。由于這三倍的成本問題，在通過電力生產(chǎn)時可能不可能實現(xiàn)這一目標(biāo)。換句話說，直接使用來自太陽或核反應(yīng)堆的熱量可能會成為一種要求。

在《美國政府如何以1000億美元解決氣候變化問題》一書中，我們討論了1200萬x9600萬的加工設(shè)備平臺，在工廠制造，從工廠，運輸?shù)竭\輸，到碼頭，到發(fā)電站;通過超寬的鐵路。將平臺插件連接到一個熱網(wǎng)絡(luò)，如下圖在左上角所示。這幅圖顯示了核能;然而，通過從工廠到太陽能發(fā)電廠的超寬鐵路;人們也可以用集中的太陽能來做同樣的事情。

熱量通常在含有高壓高溫蒸汽或熱熔鹽的管道中移動。為了提高效率，人們可以從一個過程中捕獲熱量損失，并通過更多的熱管道轉(zhuǎn)移到其他過程中，或轉(zhuǎn)移到熱存儲中。計算機(jī)決定如何、何時何地移動熱量，以將成本降到最低。

用欄桿駛?cè)肷衬?

大型平臺上的處理設(shè)備通過標(biāo)準(zhǔn)化的連接器插件，使發(fā)電站實現(xiàn)低成本制造。這需要新一代的超尺寸運輸工具，如下例所示。要了解身體的大小，請注意左下角的人。

下圖顯示了四節(jié)車廂上的一個12m x 96m的處理設(shè)備平臺。請注意左下角的人。我們的全球脫碳計劃的運輸章節(jié)提供了關(guān)于這如何工作的更多細(xì)節(jié)。

如果你打算在10年內(nèi)在沙漠中花費1.16噸(1.16美元/GWe美元，0.04美元/kWh，22%)建造1000千瓦時的太陽能，以及45億美元的鐵路(3000公里，150萬美元/公里)將成本降低20%(2320億美元)，那么這是合理的。

一萬億美元?可能看起來是一個大數(shù)字，確實是;然而，如果我們算一下，情況會變得更糟。世界將需要這1000個GWe站點中的29個來匹配當(dāng)今的全球能源消耗，總成本為33噸美元。

然而，當(dāng)人們進(jìn)一步調(diào)查時，情況會變得更好。這33噸美元的電力與碳基電力相當(dāng)。換句話說，為世界供電30年的碳基燃料的成本接近33噸美元。對于太陽能，初始成本很高，而長期成本也很低，因為陽光是免費的?；蛘?，用碳，你每天都花錢買燃料。

總之，我們需要在綠色能源發(fā)電站制造材料，工廠里的工業(yè)機(jī)器人可以比現(xiàn)場手工組裝更低成本地制造加工設(shè)備。這個設(shè)備很大;因此，我們需要一個新的運輸系統(tǒng)，將大型貨物從工廠轉(zhuǎn)移到熱點地點。

總之，解決氣候變化問題可能需要將大部分沙漠改造成工廠。