能源2——细节设计
Hello World的海上风力发电机
风力发电是世界上发展最快的绿色能源技术。2019 年， 全球新增风电装机量超过 60GW，比 2018 年增长 19%，总装 机容量达到 650GW，比 2018 年增长 10%。美国宇航局喷气 推进实验室首席技术专家 Paul Dimotakis表示，风能有可能提供世界未来能源的 10% ~ 15%。
如果利用风力强的海洋区域来获取风能，每平方米可能会收获高达 500 ～ 800 瓦的风能。海上风力涡轮机在世界许多地方发电。最大的海上风电场之一，由 48 台涡轮机组成，位于丹麦和瑞典之间的波罗的海。专家估计，未来仅海上风电就可以在全球每年供应约 5000 太瓦时 （TWh） 的电力—— 约占全球年电力消耗量（约 15500TWh）的 1/3。
海上风力发电的优势
海上风力发电作为一种可再生能源，发展迅速，前景广阔，技术相对成熟，相较其他资源，如太阳能、风能及地热能等，有以下优势。首先，海上风能资源丰富且风能质量高，海上风速比陆上风速高，近海岸距离达到 10km 的海面风速通常是沿岸陆地上风速的 1.25 倍；海面表面粗糙度小，风切变较小，不需很高的塔架；其次，海上风湍流强度小，有稳定的主导凤向，机组运行稳定，寿命长，一般是陆地风力机组寿命的 3 倍；再次，海上风的风速随高度的变化小，且海面粗糙度小，风速的大小和方向一般变化较小；最后，海上风电机组距海岸较远 , 视觉影响小，产生的噪音可忽略不计。
对于海南丰富的风能资源，我们找到了迄今（2022年10月1日）产能效率最高的涡轮机Haliade-X.
2019年11月，荷兰鹿特丹港竖立起了GE可再生能源公司的王牌海上风电机组——Haliade-X 12MW风机 ，也就是我们风力发电的主人公。如今，经过功率提升，这台样机正在以13MW额定功率运行，创下单日发电288MW的新的世界纪录 。（http://www.nengyuanjie.net/article/41718.html）
右图是荷兰鹿特丹港和海南岛的风能数据。
不难发现，海南岛的风能数据与荷兰地的数据差不多，甚至略高于荷兰。因此，（为了计算方便）我们可以用Haliade-X的输出功率（13MW）来为我们的世界供能。
结合海南岛的风能季节性分布（右图）
我们风力发电机组在每年的5、6、7、11、12、1月份启用发电（6个月），剩余时间来维护和维修。
在每个月的日风速指数变化中，每天的风速均能达到2-3小时的最高风速，并且每个时间段都高于0.9的平均风速，根据风能计算公式p=0.5ρv3可知风能的实际能量为顶级风速的0.729倍，即风能的实际输出功率为13MW*0.729=9.477.那么我们的风能发电机有全年发电输出量
Q=9.477MW*（365/2）d*24h=41509260 kWh
考虑到百万立方世界的能耗上限以及设备维护周期和天气不可控因素，我们选择大幅减少风力发电机的使用时间，使其能耗达到16509260kwh/年
HelloWorld的太阳能发电机
根据Nature Energy 2020年4月13日的文章显示，现阶段通过六结 III-V 型电池可以在聚光（正常太阳光强的143倍）的情况下达到47.1%的转化效率，而在正常的光强度下，该材料也能够达到39.2%的转化率，创造了新的世界纪录。
- 能量丰度数据
方案
参考项目：上海电气迪拜集中太阳能发电项目
纬度类似
采用塔式太阳能发电厂
装机容量：10MW
光伏发电站年平均发电量Ep计算如下：
EP=HA×PAZ×K
式中：
Ep：上网发电量（kW·h）;
HA：水平面太阳能年总辐照量（kW·h/m2）;
PAZ ：系统安装容量（kW）;
K：为综合效率系数。
综合效率系数：按照行业通例，该系数为0.82左右，再考虑采用新型材料带来的效率提升（从约0.34提升至约0.47）
年电产量：约1600万kWh
考虑到百万立方世界的能耗上限以及设备维护周期和天气不可控因素，我们选择大幅减少太阳能发电机的使用时间，使其能耗达到6000000kwh/年
HelloWorld的水力发电
罗带河，昌化江
昌化江：降雨时空分配不均，上游多于下游，山区多于沿海。多年平均雨量上游1700毫米，中游1500毫米，下游1150毫米。年内有明显的干湿两季，湿季5～10月，雨量可占年降雨量的90％。降雨过程在时程分布上呈马鞍形，5～6月和8～9月出现两个高峰，后峰为全年降雨的最大值。暴雨多发生在5～10月，平均入海水量50—55亿立方米，地下水资源量18.53亿立方米。
昌化江流域位于海南岛西南部，在东经108°36′～109°44′，北纬18°32′～19°21′之间，为海南省第二大河。流域内多年平均降雨深1570毫米。年均流量132立方米／秒，宝桥水文站实测最大流量20000立方米／秒（1963年9月），最小流量0.12立方米／秒（1970年8月）。多年平均径流量41.7亿立方米，宝桥站实测最大年径流量85.5亿立方米（1964年），最小年径流量11.2亿立方米（1969年）。流域水能理论蕴藏量30.55万千瓦，年发电量10.27亿千瓦时。
由此可以推出每台水电机平均350-400千瓦，每个电站能容纳3台左右，考虑到我们拥有先进技术，建设大型水电站，如果使用水轮机，一台500千瓦水轮机约5到10吨，如果使用贯流式水轮机（无需大坝），大概功率450千瓦，预装3台总共提供1400w千瓦时。
考虑到百万立方世界的能耗上限以及设备维护周期和天气不可控因素，我们选择大幅减少水力发电机的使用时间，使其能耗达到4000000kwh/年
核能将在创新技术中详细说明
