核能：

为提高核能发电的安全性，我们采用铅基核反应堆发电

反应堆结构：（图1）

工作原理及优点：

铅基核反应堆利用液态铅或铅铋合金作为冷却剂，它在反应堆中吸收热量并将其传导到发电系统。由于铅具有较高的熔点（铅的熔点约为327°C，铅铋合金的熔点更低，约为125°C），在正常和高温下都可以保持稳定状态，作为冷却剂具有以下几个优点：

•高沸点：铅的沸点高达1740°C，使得反应堆在高温下仍然保持液态，大大降低了冷却剂沸腾的风险，增强了系统的安全性。

•良好的导热性：铅和铅铋合金具有良好的导热性，能够有效传导反应堆产生的热量。

•低反应性：与水或钠等冷却剂相比，铅在遇水或空气时反应性较低，减少了冷却剂泄漏时的安全风险。

我们采用俄罗斯研发的SVBR-10小型铅铋反应堆，额定功率为10mw。

计划核能发电为5559mwh/year，占全部能量的20%。核电站全年约需运行556h。

每个月固定时间工作50h，多出的少量能量可作为应急储能。

生物质能：

• 1. 有机废弃物类
• （1） 农业

暂时主要考虑水稻、玉米和小麦（少量）三种植物的秸秆。根据公式秸秆量 = 经济产量 × 谷草比，及人均谷物消耗量[3]，我们保守的估计我们的年水稻秸秆产量为0.97*190*2048= 377446.4kg。其能量密度约为14.0~17.6MJ/kg[4]。我们采用污泥/秸秆共气化的技术转化产氢，该技术采用污泥：秸秆=4：6的比例混合原料，该技术处理一吨原料需要消耗28.8度电能，产生6.1*10^5L氢气，根据氢气在标准状况下的密度大约是0.09 g/L，氢气的热值为1.43 × 10^8 J/kg，得出其大约对应7.8407 × 10^9 J的能量。每吨净能量产出大概在7.73702×10^9J。则最终我们能产出约0.154337389318451MW的能量。

• （2） 林业

未收集到足够数据，待后续环境设计完善进行补齐。

• （3） 畜牧业

主要考虑排泄粪渣部分。根据人均每年消耗25.2kg猪肉，一头猪从出生到出栏约要半年，能提供50-60kg的净肉，得知我们应维持畜养2000头左右的猪，每头猪每天大概产粪3kg；根据人均每年消耗12.3kg的禽肉，假设全部折合为鸡类，我们应维持畜养两万只肉鸡，每只肉鸡每天大概产66g的粪便；对于牛类和羊类，由于数量级较小，我们暂不考虑。此处沼气转换数据尚无可靠论文来源支撑。因此暂且不计。

• （4） 市政垃圾

其中厨余垃圾按照每人每日0.15kg计算，由数据[14]可知能产生2048*0.15*365*126.17L氢气，对应0.0059536149MW的能量产出。

其余可焚烧部分垃圾按每人每日1kg计算，由数据[6]可知每吨垃圾约产540kWh的电。则可产生0.13MW的电能。

• 2. 能源作物

对于芒属作物[10]，其可达到每公顷42132度的年发电量，换算为0.05MW。

在生物柴油方面，我们以微生物发酵油脂、工程微藻等途径作为来源。

据资料[12]称，在最佳条件下，微藻的产能可达18.945kJ/L，且在一周左右的时间就可以达到饱和产量。因此，我们只需约13000个立方体便可以完成0.4MW的产能。其中制氢阶段和产油脂阶段产能比为11.115:7.830。即总共产生了0.2346793349MW的氢能，和0.1653206651MW的储存于油脂的化学能。

风能：

采用Vestas V236-15 MW型号海上风力发电机，其额定工作风速为14m/s。茂名市周围海域风速没有达到额定风速，但仍有7.53m/s。

风力发电机的瞬时输出功率可以用以下公式计算：（图2）

其中：

P是风力发电机的功率输出（单位：瓦，W）。

ρ是空气的密度（单位：千克/立方米，kg/m³），通常取值约为 1.29kg/m³。

A是风力发电机叶片的扫过面积（单位：平方米，m²），可以用 A=πr2计算，其中r是风机叶片的长度。

v是风速（单位：米/秒，m/s），这是最重要的因素，风速的变化对发电功率有巨大的影响，因为功率与风速的三次方成正比。

Cp是风力发电机的功率系数，代表风能被转换为电能的效率。根据贝兹定律，最大转换效率为 59.3%，即Cp的理论最大值为 0.593。现代风力发电机的实际Cp值通常在0.3到0.5之间。

该风力发电机组Cp值取0.4，r=115.5m，代入公式计算得功率约为4.5mw.

每年发电300天（去除极端天气情况），每日有效发电时长5小时，得到年发电量6750mwh。占总发电量的23.8%。

太阳能：

太阳能是过程性能源，当地的年最优倾角辐射量为1606.4kWh/m³.因各地区的纬度、气候条件不同，太阳能也不同，低纬度地区太阳能较丰富.其在白天发电，晴天发电较多，阴雨天气发电少.目前，主要的利用方法是将太阳能电板铺设于每栋建筑的房顶，节省空间，将吸收的太阳能转化为电能.

电板方面，采用背接触晶硅异质结太阳能电池，转换效率达到27.3%，接近极限值28%.铺设方面，倾斜角为17°，为最优倾角.

预期年发电量为4246673kWh（4.25GWh），而每平方米的有效年发电量为1606.4*0.273=438.5472kWh，计算可得至少需要铺设9683.5m²的太阳能电板，为了提高容错率，我们计划铺设10500m²的太阳能电板.

氢能：

氢能作为来源丰富、绿色低碳、应用广泛的二次能源，是计划中最具有创新性的设计，代表着未来的发展方向。

氢能主要源自生物质能的藻类产氢，秸秆、污水的产氢，以及少部分的厨余垃圾，而其主要去向为重工业生产（包括石油炼化、甲醇制备等），在这里不做过多展开。而其余的去向有氢燃料电池、储氢材料等。

i.氢燃料电池：

产生的一部分氢气作为氢燃料电池的原料，应用于汽车等领域，帮助减少居民日常生活的碳排放量以及对环境的污染。

ii.储氢材料：

在储氢材料方面，我们决定采用效率较高的固体储氢，结合茂名当地丰富的稀土资源，应用La-Mg-Ni系储氢合金。目前，我们应用熔炼法、球磨法等多种工艺进行联合制备，其效率理论可达100kg/m3，具有较大潜力。

稀土储氢材料的应用，可以是首先将其用于蓄热泵，因为两种物性不同的稀土储氢合金，当其吸放氢时反应热量值较高，所以两者通过相互交换氢气，以实现吸收或放出热量，这就是金属氢化物蓄热泵的制热原理（图3）。通过稀土储氢材料可以将工厂的废热或低质热能加以回收利用，从而开辟了能源高效利用的新途径。其次利用稀土储氢材料吸收或放出氢时，所产生的压力效应，可以用作热驱动的动力，还可用做机器人内部系统的动力源。加之，该合金体积小、质量轻、输出功率大，可用于制动器升降装置和温度传感器、激发器或控制等。