新的挑战：

高能推进器的能源需求：

我们的高能发生器有很多种应用，其中耗能最多的是高能推进引擎，所以我们选择用高能推进引擎的功率来代替总体高能发生器的功率。根据搜索，对于化学火箭发动机，它的能量消耗非常大。例如，航天飞机主发动机的化学能功率大约为4,647,574千瓦。这意味着在发动机工作期间，每秒消耗的能量相当于数百万千瓦时的电力。则未来的高能发生器的能量消耗只会比这个更多，不会更少。

我们组的能源自己生产肯定是不够的，但是借助学长组的真空零点能还是可以的。所以我们以储能和利用为主。能源结构应该改为从学长组引进占90%，消耗方面科研探索方面的占比可以在70%以上。

可行性的实现：

我们世界预计的一年的人均能耗仅有11849千瓦时，与高能发生器的能量消耗相比，能量亏欠极大。所以单凭我们一个世界是不够的。高能发生器的研究阶段和使用阶段肯定都需要大量的能量，我们可以与有核能或真空零点能的世界交流以获取能量。所以在能源方面是可行的。在技术方面，如今已经有一些基础了，如激光推进技术的发展和各个高能物理研究所的成果。并且也有明确的实现路径：

（1）从现有的高能推进引擎出发，逐渐升级，到一个能量密度足够高，且能够定向聚集的状态。

（2）利用推进引擎构建能量场，推进到爆发能量场的制造，通过实验室测试，如使用激光触发时空在微观尺度上的扭曲，作为能量场研究的一个方向。

（3）提高能量密度，利用高能场来实现高速运行当中的防护：可以通过化学激光推进技术等跨学科、跨专业的组合推进技术，提供特殊工质，通过输入能量使能量水平显著提高。

（4）进一步升级能量场，屏蔽引力子，通过研制类似于超流现象的引力子超流体，实现局域性的引力屏蔽，形成反重力场。

（5）利用反重力场改变时空曲率，抵消引力造成的时空弯曲效应，实现曲率驱动推进。基于此技术，发展宇宙航行所需的动力系统。所以在技术方面也是可行的。

高能推进的话，利用反物质推进的储能方式还是不错的。我们都知道，一旦反物质与物质相撞。所有的质量化为能量释放出来。同时物质和反物质将会湮灭。能量转化效率达到100%。

    在地球上制造反物质的最佳方法，就是利用爱因斯坦最为出名的方程式E=mc²，说明一定的质量是可以产生能量的。这个理论因其实际影响重大而意义非凡，可以把粒子中的所有质量转化为能量。但如果反物质必须由人为产生，它怎么会存在于宇宙中呢?我们又将如何观测呢?反物质是一定存在的，当它接触普通物质，爆发出强大的电磁辐射。我们可以在实验室制造少量反物质，但也可以从太空中收集。某些带电的宇宙光，来自太空的高能粒子，的确是由反物质组成。

目前，超级对撞机是唯一在实际中生产反物质的方法，而如今它的数量有限，如果我们能找到生产和储存大量反物质的方法，我们将拥有一种可储存的燃料。当它和普通物质混合时，会释放巨大能量，比核裂变或者核聚变更有效。因为反物质是存在于世的，我们可以生产并将其储存。也许某种先进文明可以生产并利用反物质能量，用其制造-Y 反物质火箭。

马斯克的星舰是目前为止地球上起飞推力最大，运载能力最强的火箭，以它为例，能源消费值约为600亿焦耳，而光速的平方已经远超这个值了。但是我们要去更远的宇宙，所以肯定消耗万亿以上，而且还有能量转换效率问题，以及我们会持续进行航天。而我们组的年能耗差不多是700万亿焦耳。能源结构应该改为从学长组引进占90%，消耗方面科研探索方面的占比可以在70%以上。

旧的挑战：

1.太阳能发电装置

光伏发电采用聚光三结化合物太阳能电池，光热发电采用碟式太阳能热发电。

2.风能发电装置

选择明阳智慧能源集团股份公司的MySE8-10MW（额定功率8.5-11MW），适用于中低风速资源。还有MySE5.5-155（额定功率5.5MW），漂浮式风电平台，它可以抵御风速79.8m/s（17级以上）的超强台风，并且将海上施工作业变成岸边生产，极大减少海上作业时间和建设成本。在风速高、选址灵活的深远海域，漂浮式海上风机将迎来更广阔的发展前景。

3.风光互补提升供电稳定性

建立光热-风力联合发电系统与储热系统配套，经过分析，光热电站储热系统的最优储热容量为906 MW·h，通过不同情形的结果对比，该配置方法下系统的弃电量相比之下降低了69.615 MW，系统净收益提高了7.7%。

4.沼气发电与热能利用

沼气的主要利用方式为发电并网。为了有效利用沼气发电产生的热能， 沼气工程大多采用热电联产模式，将沼气脱水脱硫和纯化后并入天然气网络，增加发电余热的利用率。扣除沼气工程自身运行的热能需求外，还有51.4%的发电余热可被外部有效利用。发电余热主要用于公共建筑、房屋的供暖，农舍供热、农作物干燥和沼渣烘干，也有少部分用于制冷和园艺需求。

5.光化学储能、光催化化工与氢能、化学储能

• 光合作用储能

1. 基本信息：

农业固定能量：（以种植水稻为例，文献参考值）[1]

纯能量获取：[2]

通过植物的光合作用来利用太阳能。由于这个东西不计入能耗，所以广受各个百万立方基地的欢迎。光合作用的效率一般不超过10%，但是由于其对环境友好的属性，可以适当扩大通过植物获取太阳能的规模。

作为能量来源的话，效率会很低，但是产物的利用价值较高，适合作为含能原料进行进一步利用。同时，储存植物及其光合产物，从作为食物到作为贮藏，都是较好的储能辅助方式。

• 光催化生产与储能

1. 与沼气发电联合：

里尔大学的Vitaly V. Ordomsky与Andrei Y. Khodakov课题组，合作报道了一种紫外光照射下甲烷高度选择性转化为乙烷的化学计量光化学路线。研究人员成功的制备了一种由添加银离子、磷钨酸(H3PW12O40 ,HPW)和传统TiO2光催化剂组成的三元纳米复合材料（Ag–HPW/TiO2）。Ag–HPW/TiO2纳米复合材料诱导甲烷发生光化学偶联反应生成乙烷，同时生成少量的CO2和丙烷。同时，银离子被还原为金属银。之后，在紫外光照射下，金属银在氧气的作用下发生再氧化。该体系乙烷选择性达到90%，产率达9%，量子效率更高(362 nm处为3.5%)。[3]

通过光化学循环还可以制作更多的化学品来维持生产和减少原料获取的能耗，提高传统工业的环保性。

利用太阳能将生活、工业等产生的CO₂气体催化还原，在减少碳排放的同时将太阳能以小分子有机物等储存起来。太阳能的能量转化效率可达20%以上。[4]

产物包括一氧化碳、甲醇等小分子物质。

参考数据：[5]

获取方式：

1. 光热化学循环

CO₂还原的光热化学循环是利用太阳光中的紫外光在光热催化剂表面产生光致氧空位(Vo)，然后在另一个半循环中利用Vis-IR提高反应温度，实现Vo对CO₂的热活化和裂解。光热化学循环的优点是实现了太阳光中高质量光谱和低质量光谱的级联利用*。

2. 光热原位协同催化

光热原位协同催化CO₂还原反应是光和热在催化位点同时反应，光反应和热作用同时发生，光反应和热作用之间的电子和反应基团相互耦合促进，从而实现光催化和热催化在同一反应时间和空间内的原位协同作用，是在光与热双重作用下同时进行的反应。光热原位协同催化的优点是克服光催化和热催化的催化效率低、能耗高的瓶颈问题。[6]

 生产设施：（举例）

     泊菲莱科技的PLR-RP系列光热催化反应评价装置是一款系统研究光热催化反应的设备，其创新的石英柱导光方式以及反应器设计，大大提高了光源的辐照效率以及催化剂的吸光面积，满足光热协同催化下气固相反应的需求。装置独有的创新环照式反应器，将催化剂装填在光源四周，有效地将催化剂受光面积由平面照射的0.3 cm²大幅提升至约20 cm²，催化剂与光能够充分接触。同时，在保证光有效穿透前提下，催化剂负载量从0.9 mL提升至9 mL，在有效提升光利用效率的同时，也能提高底物的吸附量及转化率，为工业化光热反应系统的实现提供新的思路。[7]

• 氢能获取与储能

1. 基本信息：

以100kW的制氢工厂为例，

取80%的电解效率[9]，氢能的生产效率峰值可以达到80kW，综合利用上至少能够提供50kW以上的调压范围。

另外，秒级的反应速度、负载范围大等特点都使得在储存多余能量上，氢能储能的方式良好。

同时，每千克氢约消耗18到24千克水，这也应考虑在能耗范围之内。[10]

工业应用方面，氢的制、储、运成本下降对其应用竞争力的提升尤为重要。其中在炼油领域，未来十年内氢原料将逐步转向以绿氢供应；对于肥料生产，到2030年，欧洲生产的灰色氨每吨二氧化碳的成本将达50美元，届时使用可再生能源生产的绿色氨将具有非常大的成本竞争力；钢铁是最大的工业二氧化碳排放源之一，亦可能通过应用氢能成为成本最低的脱碳应用之一，到2030年，经氢冶炼的粗钢成本仅为515美元/吨，同时每吨节省碳排成本45美元。

交通运输方面，到2030年，燃料电池汽车（FCEV）可在不考虑碳排成本的情况下比多数传统运输方案有竞争优势，特别是在重型卡车和远程运输领域。在重载长距离运输中，如果加氢端价格达到4.5美元/千克（包括制氢、储运和加氢成本），FCEV方案可在2028年实现与柴油车同价。此外，燃料电池在功率和续航时间要求非常高的领域（如重型矿用卡车等）提供了一种可行的替代方案。[11]

由于在波动性可再生能源电解制绿氢场景中，负载调节范围和功率响应性会直接影响全生命周期内能量转化效率，是电解槽的重要技术指标。亿纬氢能通过对制氢隔膜性能的调整，使电解槽负载调节范围达到了10~120%，氧中氢的含量低于1.6%，可以在绿氢项目中实现灵活调度、稳定制氢。[12]

（1）AWE：碱性水电解水制氢

隔膜：石棉膜

电解液：通常为20%~30%的KOH溶液

阴极、阳极：金属合金，如Ni、Mo、Mn合金等。

工作电流密度：0.25~0.5A/cm2，未来会达到0.8A/cm2。（不过据我拿到的资料显示现状国内设备供应商已经有做到0.9A/cm2）

工作温度：90度以下

产生气体压力：

目前单体最大：1250Nm3 /h。

缺点：难易快速启动和变载

优点：设备生产制造工艺成熟

（2）PEM：质子交换膜电解

隔膜：质子交换膜

膜电极：由阴阳极气体扩散层、催化层、质子交换膜层构成（类似于燃料电池膜电极结构）

催化剂：碳基贵金属材料

工作温度：85度以下

工作电流密度：1~4A/cm2，未来的指标会更高。

优点：能快速启动和变载，对电力输入的适应性强。

（3）AEM：阴离子交换膜电解水制氢

目前处于研发阶段，据媒体报道，AEM 电解槽的结构与 PEM 相似：由离子传导塑料制成的膜（又称离聚物）将电极分隔于膜的两侧。电极同样由离聚物制成，并掺入催化剂颗粒。“与 PEM 不同的是，AEM 的电解槽可以依靠镍基等非贵金属催化剂，从而有效减少材料成本。” AEM 电解技术的其他特点还包括可承载高电流密度、效率高、灵活性强。

（4）SOE：高温固体氧化物电解水制氢

固体氧化物电解槽（SOEC）由两个电极和一种电解质组成，它们全是固态的。它们是被强烈推荐为制氢的一种新的候选方案，因为无需补充损失掉的电解质，同时解决了腐蚀问题。除此之外，SOEC也可以工作在相对较高的温度下（700-1000 °C），这样也降低了电能损耗。混合SOEC的电极采用了具有卓越电化学性能的层状钙钛矿。通过在混合离子导电电解质中添加一种卓越的电极材料，将提升电化学性能。因此，在电解槽电压达1.5V和温度达700 °C的条件下，相应的氢气产量为每小时1.9 L。该系统的氢气生产效率是现有的水电解槽系统的4倍以上。

• 并网化学储能
• 储能与电网调峰

1. 电网供电的时空分布：目前由于能量供应比例尚未完全确定，电网供电的时空分布也不甚明朗。但是，为了稳定保证电能供应，以便生活及工业需求，需要将过程性能源产出的发电设施与非过程性的并网，互为补充的同时，建设调峰使用的储能设施，来扩大能量获取不平均的可承受性和电力供应的稳定性。
2. 电网储能的方式：
3. 电池与电容器：

超级电容简介：超级电容是功率型储能器件，技术、成本、政策三重利好助力打开百亿市场空间。 超级电容相较传统电容器具有更高的能量密度，相较电池具有更高的功率密度，是一种 新型功率型储能器件，超级电容主要由正负电极、电解液、隔膜构成。超级电容属于电化学储能器件，主 要由正负电极、电解液及防止发生短路的隔膜构成。按工作原理超级电容可分为三类，双电层电容（EDLC）是目前市场主流的超级电 容类型，混合型超级电容（HUC）具备更高的能量密度，正在成为重要研究与发展方向。 

1） 双电层电容：EDLC 的充放电过程通过离子的物理移动完成，不存在化学反应， 充电时，双电层电容电解液中的正、负离子分别在两个电极的表面形成紧密的电荷层，即双电层，造成电极间的电势差， 从而实现能量的存储；放电时，阴阳离子离开固体电极表面，返回电解液本体。

 2） 法拉第赝电容：在电极表面或体相中的二维或准二维空间上，电活性物质进行 欠电位沉积，发生高度可逆的化学吸附/脱附或氧化还原反应，因赝电容可在整 个电极内部产生，因此可获得比双电层电容更高的能量密度，但因电极材料贵 金属价格较高、充放电循环稳定性有限等因素而难以商用； 

3） 混合型超级电容：以双电层材料作为正极，以赝电容或电池类材料作为负极，融合了超级电容与赝电容或电池的优势。锂离子超级电容（LIC）是混合型超级 电容的典型代表。

抽水蓄能将和百万立方的供水部分相融合，在利用重力势能蓄能的同时保障供水的水压、水量稳定。

以距离我们的立方仅有几公里，位于罗带河上游的高坡岭水库为例[14]，建设简单的水利工程，在保障我们的百万立方减少水灾并提供灌溉区域的同时[15]，维护电力需求。

取水方式（例）：

高坡岭水库可以承载至少1万kW的抽水发电功率

按此指标记纯发电量上限可达3.15*10^8MJ/年。

这也意味着蓄水储能的容量在保障供水以外是绰绰有余的。

以东方市高坡岭水库到临港产业园供水工程为例：项目采用高坡岭水库大坝右侧已有取水口进行取水，高坡岭工业园区取水口坝后出口接管引水至工业园区，引水线路总长约12.29km，(其中高坡岭~水厂段线路长约8.99km,水厂~工业园区段长约3.3km);新建水厂1座供水设计规模为10万m³/d。[16]

如果日后开展工业的话，该供水方案也可供参考。

建设电-氢-电 热电联供储能系统：

简介：热电联供，也可称为热电联产，是指在电厂中将供热和发电联合在一起的生产方式。而燃料电池热电联供则是一种利用燃料电池技术实现向用户供给电能和热能的技术，以质子交换膜燃料电池（PEMFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）为主，主要以分布式发电的方式应用，是保障能源供给重要的途径之一。[17]

指标：发电设备53%以上的发电效率，同时达 90%以上的综合能源利用效率，并且碳排放只有传统能源系统的 30%-50%。

可供参考的项目：去年12月，全球第一个兆瓦级大型燃气发电系统在德国汉堡的热电联产厂开始现场测试，该技术最吸引人的是，可以将现有机组转换为使用100%氢气运行，为30栋住宅楼、一个体育中心、一个日托中心和公园休闲综合体供暖，产生的电能可供电动汽车充电及当地电网。[18]