一、风能

使用两台SL5000/128风力发电机，单台额定功率为5000kW。

结合发电机具体功率曲线及永兴岛附近100米高出风能密度，在globalwindatlas.info网站上计算可得单台发电机年发电量为15,000,000kWh，两台共计30,000,000kWh

二、太阳能

永兴岛单位面积光伏发电量计算：

预计铺设12461㎡于各楼顶部，年发电量约4,900,000kwh。

三、波浪能

实例参考

2023年6月14日，在广东珠海，中国自主研发的第一台兆瓦级漂浮式波浪能装置“南鲲”号开始试运行。这标志着中国正式进入兆瓦级波浪能发电技术的工程应用阶段。

“南鲲”号占地面积约3500㎡，日均发电量2.4万kwh。

理论计算：永兴岛年均波能流密度P=14.6kw/m永兴岛能源现状及波浪能资源初步评估-水力发电-学术之家 (xueshu.com)

代入公式E=P*A*t=14.6kw/m*24h*365=10658kwh/㎡，可发现永兴岛的波浪能资源极为丰富。

采用振荡体式波浪能发电装置

预计占地2000㎡，年发电量5,005,714kwh。

注：波浪能发电量季节差异较大，需要与其它能源互补。

发电量共计：39905714kwh，人均16288kwh。

天然气与气体储能部分

基于高温电解的大规模电力储能技术 (geidco.org.cn)

以下为部分文章中我们用到的技术： 

1.高温电解系统的转换模式

1.1 H₂O电解制氢

电解H₂O制氢是目前高温电解技术的主要转换形式，其反应式如式（1）所示。

由1.1～1.2节可知，高温电解具有高电能转化效率，其电解池效率可达85%～95%，这一特性使得高温电解水制备氢气具有经济性上的潜力。然而，由于加热进料至电解池工作温度耗能高，且电解池出口气体余热未得到有效利用，在计入加热耗能后，单电池效率会下降约30%。

设计有效的外围辅助系统（balance of plant, BOP）对电解池进行热管理是提高系统效率的必要手段。实现热管理的核心元件为换热器，通过换热器设计，能够在系统中加入能量循环，回收利用出口气体余热。使用夹点分析设计换热网络或采用不同的换热器设计，可达到75%～83%的系统效率（LHV）。一种外围辅助系统设计示意图如图10所示。

电解生成的氢气具有多种利用方式。如加压液化后通过储氢罐储存运输，作为化工原料参与后续化工合成反应，以及作为可燃性气体直接通入天然气管道等。

1.2 CO₂电解制CO

除电解H₂O外，高温电解技术还可直接电解CO₂生成O₂，反应过程如下

能够电解CO₂是高温电解技术的独特优势。不过，与电解H₂O相比，电解CO₂单位面积电阻率（area specific resistance，ASR）更高，且可能发生布杜阿尔反应等副反应，产生积碳覆盖阴极活性位点，降低电解池性能和使用寿命。通过控制流道中的CO/CO₂比例，降低CO的体积分数，保证碳元素比例较低，可以显著降低积碳风险。

图10 一种外围辅助系统设计示意图
 Fig.10 A BOP system design schematic

CO₂电解可被应用于特定的场景下。如NASA利用火星大气的CO₂环境，通过高温电解CO₂制备O₂供宇航员使用。另外，在某些缺水地区，可利用电解生成的CO通过化工反应合成烃类燃料及甲醇等化工产物。

1.3 H₂O+CO₂共电解与化工合成

与单独电解H₂O、CO₂不同，H₂O和CO₂共电解时，除电解反应外，还会发生水煤气变换（water gas shift,WGS）反应，反应机理更复杂。

共电解时电解池的ASR与电解H₂O时相近，大约是CO₂电解的0.56倍，电解池性能有所提高。

另外，高温共电解通过电解H₂O和CO₂，直接生成高温CO₂、CO、H₂合成气，如图11所示。大量化工合成反应如费托合成、甲烷化、甲醇化等，使用合成气作为原料，在较高温度压强下生成对应产物。高温共电解可作为化工合成的前一环节，在物质与能量两方面与后续流程耦合，从而提高系统整体效率。与分别电解H₂O和CO₂相比，共电解效率更高，且需要更少的电解步骤，降低了反应器成本。

由于化工合成反应的多样性，共电解与之结合后可生成多种产物，生成的产物应用广泛。如费托合成产物可用于合成汽油、煤油和柴油等发动机燃料，而甲醇、甲烷等产物既可作为清洁燃料，又可作为重要的化工原料。

共电解与化工合成结合，将电能转化为化学能储存，是实现长时间大规模储能的有效手段。并且，由于其使用CO₂作为原料生成有机物，可起到减少碳排放、生成可持续燃料的作用。

图11 SOEC共电解生成合成气示意图
Fig.11 Schematic diagram of CO₂/H₂O co-electrolysis using SOEC for syngas production

1.4 加压电解内合成

高温共电解在加压条件下，电解池内部存在甲烷内合成反应，可直接生成产物甲烷。

常规电解制甲烷流程将电解池与甲烷化反应器连接，电解产物H₂通入甲烷化反应器内，与CO₂反应生成甲烷，其电—气转换效率约为81.08%。

对于加压电解内合成，通过将电解反应与甲烷化反应集成在电解池内，电解反应吸收甲烷化释放出的热量，实现了系统中热能的有效利用。与常规电解制甲烷相比，加压电解内合成流程简单且效率高，有望实现94.5%的电—气转换效率。

2 高温电解系统的接入模式

2.1 纯电电解接入新能源电力系统

纯电电解指使用电能为系统辅机及电解供能，将进料从常温加热至高温电解池工作温度，并完成后续电解及产物加压储存等流程。

使用纯电电解的接入方式时，高温电解池在电力系统中作为电负荷，将电能转化为化学能储存，在新能源波动导致电能富余时起到消纳弃电的作用。

由于高温电解出口气体温度高，因此可将高温电解系统与热网结合，使用电解产物作为热能载体，供热降温后再对电解产物加以利用。这种“气—热联供”的形式不仅提升了高温电解系统余热利用的能力，而且以高温电解系统作为能量接口，实现了电—气—热多能源网络的连接。

2.2 余热辅助电解接入“电—热”多能系统

对于高温电解系统，由于高温电解反应自身的吸热特性以及加热进料至电解温度的需求，热能在系统所需总供能中占有一定比例。4.1节提到的采用纯电供能的方式，将一部分高品位的电能转化为低品位热能，这种低效率的能量利用方式会导致额外的㶲损失。

使用外部热源替代电供热是提高高温电解系统制氢效率的有效方式，高温电解系统效率随外加热源温度变化如图12所示。高温电解系统与核反应堆联合运行可实现系统52.6%的产氢热效率，火电机组、太阳能光热反应器等均可以作为外部热源，通过相对廉价的热能形式为高温电解供热，提升系统产氢热效率与经济效益。

图12 高温电解系统效率随外加热源温度变化图
 Fig.12 High-temperature electrolysis system efficiency changes with external heating source temperature

另外，热电联产机组（combined heat and power,CHP）由于已经具备抽汽供热能力，无需额外进行设备改造，便可与高温电解系统连接。在CHP热负荷不足时，供热抽汽有所富余，使用200～300 ℃抽汽为高温电解系统供热，可以提升高温电解系统的㶲效率与储能效率。

高温电解系统采用CHP作为外部热源时，其同时作为CHP的热负荷以及电力系统的电负荷，将剩余电、热以化学能的形式储存，在“电—热”多能系统中实现高效储能。

2.3 加压可逆规模化高效储气发电

根据1.2节中所述，高温电解池具有高度可逆的性质，可在电解、发电模式下自由转换。因此，其除了可在纯电电解和余热辅助电解模式下作为电、热负荷，还可作为电源发电上网，实现可逆储能的功能。

加压可以提升高温电解系统储能时的电—气—电循环效率。当加压高温电解系统运行在电解池模式时，由3.4节可知，会发生甲烷内合成反应。内合成反应放热供电解使用，可减少电解池内净吸热量。当系统以甲烷为进料，运行在燃料电池模式时，电池内存在吸热的内重整反应。甲烷氧化反应的放热量供内重整反应使用，减少了燃料电池内的净放热量。由于在电—气转换过程中输入的电能以及在气—电转换过程中损失的热能均减少，因此系统电—气—电效率得以提升。

通过加压高温电解系统可逆运行的方式，有望实现80%的电—气—电循环效率，其放电时间可长达1000 h，储能成本约为3美分/kWh，具有高效率、长时间、低成本的特点。

常见的储能技术最大放电时间、储能成本、循环效率如图13所示。可见使用可逆固体氧化物电池（reversible solid oxide cell, ReSOC）储能与其他储能方式相比，具有特定的应用场景，在成本上有竞争力。

       我们主要采用美国Bloomenergy公司的SOFC（固体氧化物燃料电池）、SOEC（固体氧化物电解槽)和碳捕获技术

由于甲烷液化难度较小，相比其他物质更好用于储能

转化流程为：

甲烷（外界输入/存储）--SOFC-->电能--SOEC-->氢气（部分外部使用）--甲烷化-->甲烷（存储）

发电：LNG（液态甲烷）/天然气（甲烷）->电能

，可以使用天然气（及氢气，基本不采用）作为燃料发电，发电效率可达65%，并产出95%纯度的二氧化碳气体。该反应在约750℃进行，可以产出高品位热能，搭配废热回收可以达到80%发电效率及约90%综合效率。

储能：电能->LNG

采用扁管式高温电解池制氢，并利用上述过程捕获的CO2及环境CO2，在高温下进行甲烷化反应，并利用反应放热降低电解池电能能耗，分离甲烷并初步回收热能后冷却使其液化为LNG进行存储。

综合效率：电能->LNG->电能 转换率可达约60%，部分(约1%)用于维持LNG与SOFC之间的温度差