把沙漠变成太阳能发电的大工厂

在本文中，我们将把相同的原则应用于太阳能农场。更具体地说，我们将研究如何将大规模生产和自动化应用于陆地太阳能，以降低成本。

集中式太阳能从太阳获取热量并利用它来发电，并为热驱动过程提供动力。在一个典型的系统中，太阳加热熔盐，熔盐产生蒸汽，蒸汽推动电动涡轮机。对于相对较少的额外成本和很少的效率损失，人们可以将已经热的盐储存在一个罐中，并在太阳落山后用它来发电。存储非常重要，因为它意味着下游加工设备在太阳落山后不会闲置，闲置设备会烧钱。此外，当恶劣天气耗尽存储空间时，人们可以在聚光太阳能发电厂燃烧天然气或煤炭，以加热熔盐或蒸汽，并继续运行。

如果将聚光太阳能与储能和碳燃料备用相结合，您将获得一个可以按需提供 24 x 365 小时能源的设施，其方式类似于碳基设备。这意味着您可以用一个换另一个;而不是维护两个设施。换句话说，如果 24 x 365 可调度太阳能的成本低于 24 x 365 可调度碳，人们就会青睐太阳能。

此外，热量可以直接用于制造东西，这一点非常重要，如下所述。

解决气候变化问题涉及大规模建设

为了更好地了解聚光太阳能的工作原理，可以观看有关首航敦煌二期项目的视频(0.08美元/千瓦时，0.55TWh/年)。

要取代中国的电力，需要 13,600 个这样的大型设施 (7,510 / 0.55)。而要取代世界能源消耗，则需要 101,800 (56,000 / 0.55)。这个站点非常庞大，其中 101,800 个似乎难以想象。

好消息是工厂大规模生产和自动化可以处理大规模。

坏消息是似乎很少有人意识到我们的努力相对于问题的大小是多么微不足道;我们缺乏实现零排放的计划;工厂大规模生产以处理大规模的需要;在建造工厂之前需要多年的工程设计;以及对自动化的需求，以将成本降低到基于碳的选项之下。

降低聚光太阳能的成本

为了降低聚光太阳能的成本，工程师可以关注两个问题：

· 如果我们花费数十亿美元开发大规模生产用于集中式太阳能电池阵列的组件的工厂，并免费提供工厂的设计，以使这些组件商品化并降低成本，那么总场地成本是什么样的?

· 如果我们开发安装和维护这些组件的自动化机器，那么安装和维护成本是什么样的?

在回答这些问题之前，工程师们需要开发粗略的设计和成本模型，这可能需要价值1000万美元的工程成本。如果有利，人们可以继续以更详细的设计、更高的成本和简单的原型。人们可能会选择花费不到1000万美元进行初步评估;然而，考虑到世界希望在30年内建设价值数万亿美元的绿色能源发电设施，1000万美元是合理的。Driving Down the Cost of Storage

为了降低储存成本，工厂可以大量生产大型熔盐储罐，这些储罐通过超宽铁路从工厂转移到发电站。有许多不同的方法可以做到这一点，从运输整个储罐到运输通过专用设备在现场焊接在一起的子组件。

例如，如果有 32 个装有熔盐的储罐，每个储罐的直径为 14 米，高为 14 米，并且将这些储罐再加热 240°C，那么一个储罐可以储存 1.0 GWt 12 小时。或者，如果要储存 5 天，则需要 320 个罐。可以看出，长期存储成本更高。

利用太阳的热量制造东西

全球大约42%的能源消耗是电力。剩下的58%主要是石油、煤和天然气，它们会产生热量或机械运动。热量通常被用来制造金属、塑料、水泥和化学品等物质。在我们的绿色未来，运输可能会使用氢气或液氨，这是需要制造的化学物质。

热量以千兆瓦的热能(GWt)为单位进行量化，电力以千兆瓦的电能(GWe)为单位量化。通常，一个通过35%高效的蒸汽涡轮机从一个转换到另一个。例如，1.0 GWt进入涡轮机，0.35 GWe进入出口，0.65 GWt作为热量消失到大气中。我们希望尽可能多地减少0.65，这样做有很多技术。

回到制作材料。如果我们先发电，然后再用它来发电，我们在发电时就会损失65%。或者，如果我们直接使用热量，避免用电，我们就不会减少3比1的能源，也不会增加能源1比3的成本。或者，这种方法的一种变化是利用来自太阳或核反应堆的热量通过化学过程(如硫碘)制造氢气，并在另一个位置和时间燃烧这些气体，以产生更多的热量。如前所述，我们需要绿色选择比碳排放选择更便宜。由于这三倍的成本问题，在通过电力生产时可能不可能实现这一目标。换句话说，直接使用来自太阳或核反应堆的热量可能会成为一种要求。

在《美国政府如何以1000亿美元解决气候变化问题》一书中，我们讨论了1200万x9600万的加工设备平台，在工厂制造，从工厂，运输到运输，到码头，到发电站;通过超宽的铁路。将平台插件连接到一个热网络，如下图在左上角所示。这幅图显示了核能;然而，通过从工厂到太阳能发电厂的超宽铁路;人们也可以用集中的太阳能来做同样的事情。

热量通常在含有高压高温蒸汽或热熔盐的管道中移动。为了提高效率，人们可以从一个过程中捕获热量损失，并通过更多的热管道转移到其他过程中，或转移到热存储中。计算机决定如何、何时何地移动热量，以将成本降到最低。

用栏杆驶入沙漠

大型平台上的处理设备通过标准化的连接器插件，使发电站实现低成本制造。这需要新一代的超尺寸运输工具，如下例所示。要了解身体的大小，请注意左下角的人。

下图显示了四节车厢上的一个12m x 96m的处理设备平台。请注意左下角的人。我们的全球脱碳计划的运输章节提供了关于这如何工作的更多细节。

如果你打算在10年内在沙漠中花费1.16吨(1.16美元/GWe美元，0.04美元/kWh，22%)建造1000千瓦时的太阳能，以及45亿美元的铁路(3000公里，150万美元/公里)将成本降低20%(2320亿美元)，那么这是合理的。

一万亿美元?可能看起来是一个大数字，确实是;然而，如果我们算一下，情况会变得更糟。世界将需要这1000个GWe站点中的29个来匹配当今的全球能源消耗，总成本为33吨美元。

然而，当人们进一步调查时，情况会变得更好。这33吨美元的电力与碳基电力相当。换句话说，为世界供电30年的碳基燃料的成本接近33吨美元。对于太阳能，初始成本很高，而长期成本也很低，因为阳光是免费的。或者，用碳，你每天都花钱买燃料。

总之，我们需要在绿色能源发电站制造材料，工厂里的工业机器人可以比现场手工组装更低成本地制造加工设备。这个设备很大;因此，我们需要一个新的运输系统，将大型货物从工厂转移到热点地点。

总之，解决气候变化问题可能需要将大部分沙漠改造成工厂。