项目 - 百万立方

能源模块-总览

一、能源来源

水力发电：53,760,000 kWh(约)，占比约为93%（年发电350天）

太阳能发电：3,874,000 kWh（约），占比约为7%（以建筑主体顶端全部面积发电，且建筑高度约800m为准计算）
注：太阳能数值如下表1，可能会有偏差。各常数的说明见表2。

建筑高度(m)	平均建筑面积(m²)	建筑主体光伏平均发电功率(kWh/year)	常数
200	42500.00	15496940.96	建筑实体体积/建材体积	10.00
300	28333.33	10331293.98	建材总体积	1000000.00
400	21250.00	7748470.48	非主体建筑建材量	150000.00
500	17000.00	6198776.39	平均层高	4.80
600	14166.67	5165646.99	光伏发电效率	0.30
700	12142.86	4427697.42	日照功率GHI	3.23
800	10625.00	3874235.24	日照功率修正系数	1.03
900	9444.44	3443764.66
1000	8500.00	3099388.19

表1 太阳能的数值

常数	说明
建筑实体体积/建材体积	此项为估计值。
建材总体积
非主体建筑建材量	此项为估计值。用于水力发电系统、电力运输系统等等独立于主体建筑的建筑。
平均层高
光伏发电效率	估计值。
日照功率GHI	kWh/(m²·day)
日照功率修正系数	估计值。由于光伏发电板可以转动，实际GHI大于理论GHI。

表2 各常数的说明

电力回收：详细见能源细节设计。
其他能源：暂定仅用于工业所必须的方面，如：化工业。在利用化工原料之时，顺便利用其中的化学能。主要用于重工业。

二、能源消耗

部分数据来源：国家统计局官方网站。用到的数据如[1]所示。

工业用电：约29.6%
1. 重工业：约19.6%
2. 轻工业：约10%
交通用电：约4.2%
公共服务用电：约4.7%
生活用电：约5%
2022年，人均电力生活消费量为987千瓦时/年。我们在计算中取人均能耗是1200千瓦时/年，那么总生活用电为：2934000千瓦时/年。
农业（立体农业）：约占49.5%
农业产量应当控制在满足2600人生活为宜，留足冗余。每人每天0.35公斤谷物，共计每年332150千克，考虑到粮食浪费问题，我们要产340吨谷物，蔬菜及水果380吨， 57吨肉，57吨鱼，38吨蛋，285吨奶制品，26吨油（折合65吨油菜籽）。
1. 谷物能源消耗粗计算
  谷物总种植面积：植物工厂的谷物产量通常较高。例如，小麦在植物工厂中的年产量可以达到每平方米约2-3公斤^[2]。要生产340吨谷物，假设每平方米产量为2.5公斤，需要约136,000平方米的种植面积。
  耗能：植物工厂的能耗主要来自照明、温控和营养液循环系统。根据一些研究，植物工厂的能耗大约为每平方米每年200-300千瓦时^[3]。以此计算，136,000平方米的植物工厂年耗能约为27,200,000-40,800,000千瓦时。为尽可能节省能源，我们取植物工厂年耗能约为27,200,000千瓦时/年。
2. 蔬菜能源消耗粗计算
  蔬菜总种植面积：植物工厂的蔬菜产量通常较高。例如，生菜在植物工厂中的年产量可以达到每平方米约20-30公斤^[4]。要生产380吨蔬菜，假设每平方米产量为25公斤，需要约15,200平方米的种植面积。
  耗能：植物工厂的能耗主要来自照明、温控和营养液循环系统。根据一些研究，植物工厂的能耗大约为每公斤蔬菜8.25度电^[5]。以此计算，生产380吨蔬菜的年耗能约为3,135,000千瓦时/年。
3. 立体农业的创新设计可以节省能耗：
  白色的墙的反射率大约为80%。我们采取“球形立体”农业^{[见能源创新设计]}。平面形的植物工厂光通量的利用率为90%，而如果采用“球形立体”农业，我们可以将光能利用率提升至100%。
  在总能耗中，光能约占60%^[6]，所以经过优化，我们的最终农业耗能为：28514900千瓦时/年，约占总能耗的49.5%。
畜牧业：采取适度自然放牧。“适量”意为保证不影响自然生态，意为将我们想要放牧的生物引入生态链；而对于我们少数的人来说，我们不需要放牧非常多的生物，也就不会影响自然的生态平衡。既然我们采用如此的畜牧手段，它的能耗可以忽略不计。
垃圾0污染处理：约7%