能源模块2——细节设计
一、风能
南沙区附近有较丰富的风力资源,南沙附近近海地区的年平均风速为7.06m/s(80m高度),其中除去8、9月外平均风速均在6.27m/s以上,风功率为313.64瓦每平方米。
发电机组参考H171-5.0MW海上风电机组项目,额定风速为9.6m/s,额定单机功率为3.8MV,叶片半径为70m,每千瓦扫风面积为4.59平方米。
我们将年等效发电时间设为200天,平均风速为7.5m/s,水上高度设为90m。则平均单机发电功率为1.812MW,年发电量约为8696000kWh。
由于接近陆地的区域与相对较远的海面上的风速差距过大(陆地上年平均风速约为4.5m/s),因此我们考虑将风力发电机组建设在距离主世界约20km的海面上,以获取较大的风能。
二、太阳能
太阳能是一种比较清洁的能源,我们同样计划使用太阳能作为我们世界的能源的一部分。
根据Solargis Prospect的数据,我们所在世界的地表水平总辐射(GHI)约为1539.8kWh/年,我们世界计划在中心广场以及各个楼顶上铺设太阳能板,总铺设面积约为10000平方米。计划采用美国国家可再生能源实验室研发的三结太阳能电池,其采用了inverter metamorphic multijunction (IMM)结构,其顶部是磷化镓铟(GalnP),中间层是带有量子阱的砷化镓 (GaAs) ,底部是晶格错位的砷化镓铟 (GalnAs),光电转化效率可以达到39.5%。
这样可以计算得到太阳能的总量约为:10000*1539.8*39.5%=6082210kWh/年。
其中铺设在各个楼顶的太阳能板将直接踊跃居民生活用电以及公共设施的用电。部分的太阳能将通过光解产氢来进行存储。
三、波浪能
由于我们世界有一大部分位于海洋上,所以波浪能可以比较方便地进行利用,也将作为世界能源的一个比较重要的组成部分。
CETO以希腊海神的名字命名,具有彻底改变全球可再生能源生产的潜力。CETO利用海洋波浪中存在的巨大未开发能量,并将其转化为电网就绪的电力。CETO是一种独特的、完全浸没的点吸收器型波浪能技术。一个水下浮标位于海面以下几米处,随着海浪移动。这种轨道运动驱动取力器(PTO)系统,将这种运动转化为电能。在8 kW/m波浪能密度下的额定功率为240kW/m。
我们世界位于近海区域,波浪能密度约为3kW/m,计划建设10台。年发电量为10*3/8*240*24*365=7884000kWh/年。
四、核能
核能作为一种比较稳定的能源形式,将主要用于用电量较大的工业、农业等等,同时也是避免在极端恶劣的天气下、其余各种能源形式都无法使用的情况下,用于备用的能源。
由于我们能查到的功率最小的核电机组为“美国阿拉斯加北极核能电站”(Alaska’s PM-3A核动力站),功率为4.5MW,依旧超过我们整个世界运行所需的所有能源,所以我们需要研发建造一台功率更小的机组,计划为700kW,年发电量为1000*24*365=9198000kWh。
对于核废料,我们会进行深地质处置,就是将核废料放置在地下几百米深的安全地层中,利用地质的稳定性使其成为自然屏障,如此一来便能够让核废料与自然环境彻底隔离。我们会选择一处合适的地点,并对其进行实时监控。
[1]韩华丽,刘亚林,王灿,五兆瓦级海上风电机组提质增效技术及应用
[2]https://www.sohu.com/a/549128627_121123896
[3]江森汇,舒勰俊,王青,闫姿彤,基于长时间序列ERA-Interim再分析资料的广东沿海波浪能资源分布特征分析.广州航海学院航务工程学院,广东广州510725
[4]CETO Technology [EB/OL] .https://www.carnegiece.com/ceto-technology/