一、供电

1.电源

（1）基本电源

    鉴于潮汐能的高度稳定性，其将作为我们世界的基本电源。

（2）调峰电源

    鉴于波浪能和风能相对潮汐能较弱的稳定性，其谷时发生的电能将被储存，于峰时一并作为调峰电源利用。

（3）应急电源

    下文所述的飞轮储能系统将提供我们世界的应急电源。

（4）分布式发电

    我们世界采用微型（分布式）光伏+冷热电联产（PV+CCHP）技术作为居民住宅的分布式电力/供热/制冷解决方案（具体计算见【能源模块2-细节设计】）。该技术是一种基于聚光光伏的冷热电三联供技术，在同一模块中产生电力和热量，热量可用于区域供热和制冷。

    PV+CCHP的核心是光伏集热器（PVT），是一种将太阳能电池板和太阳能集热器相结合的装置，后者将原本未使用的废热与从光伏板上传递到热导体中。通过在同一组件内结合发电和供热，其可以减少能量损耗，达到比单独的太阳能光伏发电和太阳能集热更高的整体效率。

    我们世界的光伏模组搭载由美国能源部国家可再生能源实验室 (NREL) 研发的三结GaInAs/GaAsP+量子阱太阳能电池，其以39.5%的地面效率保持着目前在常规光照条件下的能量转化效率世界纪录。作为薄膜太阳能电池的一种，其同时还具有轻质、极薄、可弯曲的优点，可适应各种铺设表面。

     在具体实现上，我们世界采用建筑整合太阳能（BIPV）的技术，用PVT材料取代传统建材，使建筑物本身成为一个大的能量来源，而不必用外加方式加装太阳能板。由于在设计阶段就将太阳能发电纳入考量，所以可以达到最佳的发电效率；同时由于吸收了太阳热量，其还能够调节室内冷暖。

    主要的整合方式包括：

    ·屋顶外加的太阳能瓦，一种类似于瓦片的小体积PVT模组，可以整合进建筑物，安装美观，使用弹性大；

    ·太阳能外墙：将PVT模组镶嵌进外墙，配合建筑设计的同时还能兼顾挡雨、遮阳和装饰的用途；

    ·太阳能玻璃：半透明的模组可以取代玻璃窗、玻璃天窗或玻璃帷幕，兼具遮阳的效果。

（5）微电网

    上述的分布式PV+CCHP技术可以支撑我们世界的住宅和公共空间依靠太阳能发电自给自足的微电网（具体计算见【能源模块2-细节设计】）。世界主脑“北溟”可以依据全系统的用电峰谷情况决定其与外部电网断开还是相连，以简化输配电流程，降低外部电网负担、提高全系统的安全性并在外部用电峰时提供辅助电源。

 2.传输

（1）有线供电

    我们世界使用由液氮冷却的超导电缆进行由海上的风力发电机/无库式潮汐能发电装置/波浪能发电装置到主建筑的远距离电能传输，可以实现低损耗、高效率、大容量输电。

    超导电缆线路铺设则使用上海电网35kV公里级超导电缆项目的相关技术；电缆则使用其配套的中天超导35kV及以下三相同轴高温超导电缆，材料为第二代Y（YBCO）系高温超导带材，电流密度可达1000A/m2（铜/铝的50-500倍），考虑制冷能耗，传输损耗仅为常规电缆的1/4-1/2。考虑到制冷设备所占体积，其线路总体积为（3500（潮汐能发电装置）+3500（波浪能发电装置）+3000（海上风机））*1=10000m3。

（2）无线供电 

    我们世界使用谐振感应耦合（磁通相同步耦合）技术实现无线供电与谐振变压。充电器与用电设备之间以电感耦合发送能量，两者之间不需使用电线连接，因此一个充电器可以对多个用电设备进行进电，且充电器及用电的设备都可以做到无导电接点外露，可以降低故障或触电的危险。如在植入嵌入式医疗设备上，可以在不损害身体组织的情况下对植入在人体内的医疗设备进行充电而不需要有电线穿过皮肤及其他人体组织，免除感染风险。

    由于无线充电整体效率较低、能耗较高，我们世界中无线充电的支持范围有限。

3.储能

（1）电网储能

    我们世界采用Beacon Power Corporation的飞轮储能系统实现电网储能，通过加速飞轮至极高速度的方式，将能量以旋转动能的形式储存于系统中，其本质为一种机械电池。

    Beacon Power Corporation的飞轮由碳纤维复合材料制成，带有磁悬浮轴承和真空腔体，可以保持97%的机械效率和能量转化过程中85%的往返效率，系统充放电可在30分钟内完成。其具有长达数十年的使用寿命，且仅需最低限度的维护。

    本世界使用与Beacon Power Corporation应用于Stephentown,NY相同规格的0.1MW飞轮储能系统，用以存储相当于世界总能耗25%的后备能源。

    本世界所需后备能源=11900*1776*0.25=5283600kW·h=5283.6MW·h;

    一套0.1MW飞轮储能系统有效储能=0.1*24*365*0.85（往返效率）=744.6MW·h；

    经卫星图测算，一套该系统占地约为50*100*2*3/200=150m3;

    故飞轮储能系统的总体积为5283.6/744.6（向上取整）*150=1200m3，位于主建筑物地下的基础设施层。

（2）设备储能

    我们世界采用比亚迪磷酸铁锂（LFP）“刀片”电池与特斯拉电池管理系统（BMS）的组合实现家庭和服务业设备，以及能源、工业、信息和交通装备的能量储蓄。

    “刀片”电池作为比亚迪的新一代LFP，采用CTP（无模组）技术，具有140Wh/kg的能量密度和90%以上的能量转化效率，且将体积利用率提升了50%以上，同时通过了针刺测试和极端强度测试，具备超强的安全性。将特斯拉电池管理系统与“刀片”电池的串并联相结合，能够在发挥电池最大性能的条件下保障热管理的安全性，满足不同的应用环境。

 （3）工业储能

    我们世界采用电转气（P2G）作为工业储能的方式，即将来自电力的能量以压缩气体的形式储存。在能源系统产生剩余电力时，部分电力将被用来产生气体燃料，如氢气、合成气，甲烷或液化石油气等。气体可用作化学原料，或使用燃气轮机等传统发电机转换回电能。通过使用可逆固体氧化物电池（rSOC）技术，能量转化的往返效率可高达80%。

    工业储能的相关过程在工业环中进行。

 4.分配——智能电网

    我们世界采用智能电网作为电力分配的解决方案。智能电网的控制中心位于能源环的最上层，作为世界核心计算机“北溟”的一部分，由“北溟”的人工智能和技术人员共同负责调控。

    智能电网是一种利用信息及通信技术，以数字或模拟信号侦测与收集供应端与需求端的电力供应状况，并使用这些信息来调整发电、输电和配电过程，或调整家庭及各个产业的耗电量，以此达到节约能源、降低损耗、增强电网可靠性的目的的现代化输电网络。

    智能电网的优势包括：

    ·智能电网的电能传输拓扑网络更加优化，比传统电网更有韧性，能承受的干扰幅度更大，可以满足更大范围的各种用电状况，且具备集成多种新能源的能力。

    ·智能电网针对事故和灾害的预防能力更加完善，一旦不利事件发生，智能电网还能采取措施，隔离事故发生区域，实现自我修复，以避免出现大范围的电网破坏事件。

    ·智能电网能实现双向的实时信息交流。用户能够从全局的角度了解电网的实时电力供给能力，供应状况，电能质量，以及电力中断信息等。

    ·智能电网是世界大数据和物联网的重要组成部分。

 （1）智能电表与AMI架构

    我们世界使用的智能电表是能够实时记录电能消耗、电压、电流和功率水平等信息的电子设备。其既能够将信息传递给需求端，又能通过电力线宽带技术实时地实现电表和控制中心之间的双向通信。

    AMI（智能电表基础架构）是智能电网数据采集的基石。通过智能电表，其能够记录系统所有电能的流动并随时监测电力使用的状况，并根据供应端的发电能力调整实时需求端的能耗。如在用电量低的时段给储能装置充电，然后在
高峰时反过来给电网提供电能等。

 （2）电力线宽带

    我们世界使用电力线宽带（BPL）技术实现AMI架构中电能信息在智能电网上的流动，其是一种允许在公用电缆上进行高速率数据传输的电力线通信（PLC）技术。和其他电力线通信技术相比，BPL使用更高的频率、更广的带宽且可在长距离电力线上提供高速率的数据传输。

    基于IEEE 1901标准，BPL的物理层速度可高达500Mbit/s，使用低于100 MHz的传输频率。该标准适用于所有类别的BPL设备。

（3）电力系统自动化

    我们世界的智能电网通过电力系统自动化技术，即将由AMI架构收集的数据经“北溟“以专家系统、模糊控制技术、线性最优控制和神经网络等策略分析后，对远程终端设备（RTU）、可编程逻辑控制器、保护继电器和重合闸控制器等硬件设备进行自动操控和调整，从而实现电网的智能化控制。

 二、供水

    我们世界在提取地下水之外还采取了多种方式确保淡水供应。

1.海水淡化

（1）潮汐能太阳能低温多效蒸馏海水淡化技术

    我们世界采用的这项技术包括由太阳集热装置、蒸发器、冷凝器、给水蓄水池、浓盐水集水池、淡水池和蒸发冷凝器所构成的装置，位于能源环。

    给水蓄水池内的给水通过给水管进入冷凝器，再通过喷淋器喷淋在蒸发器的换热管上，蒸发冷凝器内淡化后的浓盐水通过排水管与浓盐水箱相连。给水在冷凝器中利用蒸发冷凝器产出的蒸汽进行预热，预热后的给水经喷淋器均匀的喷淋在蒸发器的蒸发换热管上，吸收来自太阳集热器的热量在换热管上进行降膜蒸发。蒸发产生的蒸汽进入蒸发冷凝器的换热管内，被换热管外来自喷淋器的海水冷凝获得第一效淡水。同时蒸发冷凝器的换热管外的海水吸热蒸发，蒸汽在冷凝器凝结，从而获得第二效淡水。

    其不仅利用潮汐能代替用电力驱动的水泵和真空泵为系统给排水以及抽真空提供动力，还通过低成本且极易获得的太阳能作为低温多效蒸馏法的热源，从而大大降低了系统运行成本。

（2）波浪能海水淡化技术

    我们世界也通过与CETO 5波浪能发电装置（由Carnegie Clean Energy研发，详见【能源模块2-细节设计】）相连接，位于能源环的逆渗透（RO）海水淡化装置进行由波浪能驱动的海水淡化。

    CETO 5完全浸没的水下浮标被海浪所移动，驱动水泵对海水加压，并由海底管道输送到能源环上。高压海水一方面被用于驱动能源环中的涡轮机发电，另一方面高压海水也用于供应RO海水淡化装置生产淡水。波浪能提供了驱动水泵的能量，将高压海水输送到反渗透膜以去除盐分，从而有效减少了海水淡化的能耗。

 2.雨水收集

（1）屋面雨水收集装置

    我们世界的建筑物顶部均由易下渗材料铺设，作为屋面雨水收集装置。 

（2）景观雨水收集装置

    我们世界的主建筑背靠天然岛屿，其上计划进行植被种植，雨水既可以提供植被灌溉所需，多余下渗的雨水则在绿地下方被景观雨水收集装置收集。两个装置收集到的雨水将被导入主建筑地下基础设施层，适当净化后储存作为非饮用水供应。

3.污水再利用

（1）农业污水：见【科技模块3-农业设计】

（2）工业污水：见【科技模块2-工业设计】

（3）生活污水

    我们世界的生活污水处理分为两个阶段。

    第一阶段——污水→污水处理厂出水：

    我们世界应用荷兰代尔夫特理工大学提出的Nereda污水处理工艺进行生活污水的第一阶段处理。Nereda工艺属好氧颗粒污泥（AGS）工艺的一种，与采用絮状污泥的传统活性污泥法或者生物膜系统不同，Nereda工艺中处理污水的微生物在不需要载体的情况下，可自发聚集为颗粒状的污泥。Nereda工艺完全不采用过滤膜或填料介质，其自发聚集的好氧颗粒具有极好的沉降和抗逆特性，广泛适用于各种流量、水质、气候条件和处理目标。

    Nerada工艺可在紧凑型反应器内对污水进行高度净化，并大大降低能耗和化学品使用，最多可减少传统生物处理系统75%的占地面积，比传统处理工艺节约多达50%的能耗。卓越的生物脱氮除磷性能确保了Nereda工艺出色的出水质量，并可简化后处理流程，还能从颗粒污泥回收磷和具有高价值的生物聚合物，被权威的GWI(全球水务情报)评定为十年内排名第一位的最具突破性水处
理技术。

    第二阶段——污水处理厂出水→新生水：
    我们世界采用新加坡樟宜2新生水项目的微滤系统与反渗透系统双膜法两级处理技术作为由污水处理厂出水生产新生水再利用的解决方案。该系统对浊度的去除率能够达到93.4%，出水浊度稳定在(0.04±0.01)NTU；总有机碳能够降至(74.42±4.38)μg/L，去除率达 9 9.4%,脱盐率>9 9%，出水 NH3-N 能够达到(0.27±0.03)mg/L。产出的新生水水质不仅满足新加坡新生水水质要求,且优于新加坡及世界卫生组织（WHO）的饮用水标准。

    生活污水处理的两部分系统均位于主建筑物地下的基础设施层。

交通设计

一、交通总览

由于本世界空间较小，本世界的对交通的需求量较小。本世界的交通分为工农业区和生活区两个部分分别进行规划。该模块主要包括电梯、步道、传送带、自动引导车以及少量的电动车、新能源汽车等以基本满足对于本世界人民出行的交通需求。本世界的大型船只相关设计不包括在本模块。

 二、工农业区（方丈/蓬莱环）交通设计

该部分主要面对方丈/蓬莱环环内交通设计以及环与主建筑、环与环之间的交通。

环内的交通主要由电梯和传送带承担。具体布置如交通图1。

其中，外围传送带用于分担部分人/机械/货物的运输工作；主体部分按需配备一定数量的自动引导车用于机械/货物的运输；小型电梯可以承担人/小型机械/小型货物的跨层运输工作；大型电梯负责较大型机械/货物的跨层运输，较大型机械/货物需先运至大型电梯处再进行跨层转运；内部传送带用于将中央电梯运送的物资转运至主体的各个部分，同时因为大型电梯数量较少，离大型电梯较远的主体部分同样可以将较大型机械/货物运送至内部传送带，经由中央电梯实现对较大型机械/货物的跨层运输。

环内的管道、缆线按需布置，此处不再详细展开。工农业环上将在合适的位置安装楼梯，以避免可能的火灾隐患，在图中未体现。

 环与主建筑间的交通主要由大环承担，主要采用电梯和传送带的方式。具体布置交通图2。

部分物质将由运输空间外的空腔通过排布管道、线缆进行运输。人/机械/货物将通过运输空间以传送带的方式进行运输。当运输至某个环并需要向该环进行物资的运输时，中央电梯将运行至中央支柱顶部，同时底部打开（底部的2部分折叠至1/3部分，使原来的2部分形成空洞），中央电梯上的升降机运行，通过底部空洞进入运输空间进行人/机械/货物的转移。中央电梯以及中央电梯上的升降机均采用液压式，中央电梯的液压设备安放在中央支柱的底端，升降机的液压设备安放在中央电梯的底部。

同时，主环上设有相应的轨道，小环可以通过二者连接处的轮子在主环上自由移动。小环在主环上的运动将由轮子以及小环上的驱动设备推动，同时轮子处也将相应地设置制动系统，在需要的时候将轮子固定，防止可能出现的不稳定情况。

环与环之间的交通主要通过主环的运输与小环的重构进行，如交通图3/4所示。

        该效果通过主环分段化实现。主环将会被分为如图三段，其中每段装有一个万向轮以实现环在进行重构时的拆卸和60°的角度。同时该万向轮将不会对主环的物资运输造成影响，
 其具体结构如交通图5。

环的重构的过程主要由每个小环上的驱动系统实现。重构后的环可以离开主建筑进行移动，总体呈现一个勒洛三角形的形状。主环在与万向轮连接处将设计部分缺口，以保证在环与主建筑拆分时大环能够实现无缝贴合。

在环与主建筑相连或拆分时，主环上的物资仍将通过万向轮内部的通道进行运输。万向轮内部有一个类似于岔路的运输通道设计，并通过两扇门对运输方向进行控制。

 三、瀛洲环交通设计
    瀛洲环不再设计环外围的传送带，其余交通设计（包括环内交通、环之间的交通）与方丈、蓬莱环的设计一致。

 四、生活区交通设计

在该区中，安排了电梯（图中位于四角的图标）和楼梯（图中位于中间的图标）。该区中走廊外圈宽1.9m，内圈宽1.8m，满足双面布房的走廊宽度要求。走廊边将安装扶手，以满足部分人群的无障碍需要。

除此之外，本世界会生产一定的汽车等交通用品，世界居民在特定环境下可以租用这些交通工具以满足其需求。

（图片来源： 

图1：en.wikipedia.org/wiki/Photovoltaic_thermal_hybrid_solar_collector

图2：Ryan M. France, Myles A. Steiner. Triple-junction solar cells with 39.5% terrestrial and 34.2% space efficiency enabled by thick quantum well superlattices[J]. Joule,6(5):1121-1135.

图3：zttsct.com/product/1158.html

图4：en.wikipedia.org/wiki/Resonant_inductive_coupling

图5：beaconpower.com/carbon-fiber-flywheels/

图6：sohu.com/a/416820743_114837

图7：en.wikipedia.org/wiki/Reversible_solid_oxide_cell

图8：circuitdigest.com/article/smart-grid-the-electrical-grid-of-the-future

图9：zh.wikipedia.org/wiki/智慧型電表

图10：刘业凤,赵奎文. 潮汐能太阳能多效蒸馏海水淡化装置的研究[J]. 太阳能学报,2009,30(3):311-315.

图11：王瑄. 景观雨水收集再利用[J]. 城市建设理论研究（电子版）,2012(1). 

图12：en.wikipedia.org/wiki/Nereda

）