核能模块细节设计

核电站概况

由于世界规模较小，选用小型核电站，如俄罗斯比利比诺核电站类似规模。本核电站装机容量 48MW，取用其中一台功率约 12MW 的 EGP - 6 型核反应堆，压水堆发电效率约 33%，一年发电 1500 小时（约 187.5 天即六个月）可满足核电发电量 18000Mwh 的需求。

原料来源

压水堆主要以富集铀（铀氧化物）为原料，假设富集 U235 的质量分数为 4%，裂变只由 U235 完成。经计算，1kg 的二氧化铀（4%）完全燃烧殆尽能发 3*10^5kwh，为满足 2025 人 100 年生产生活需求，需一次性带走 6000kg 核燃料棒（考虑冗余），约一立方米（二氧化铀密度为 10960kg/m^3）。

乏燃料处理

1.分类与分级：首先对核废料进行分类，分为高放射性废物、中放射性废物和低放射性废物，确保采取适当的处理措施。

2.安全储存：

（1）废料处理和初步储存：

（a）乏燃料冷却：在反应堆中使用过的乏燃料会产生大量热量和辐射，通常需要在乏燃料池中冷却5~10年直到其放射性和热量降低到安全水平。

（b）干燥储存：冷却后的乏燃料会被转移到干式储存容器中。这些容器使用钢或混凝土材料制造，能够进一步屏蔽放射性物质，并作为临时存储设施。

（c）干式后处理：乏燃料中仍含有大量可裂变材料，如铀和钚，这些材料可以通过后处理提取出来，并重新用于核反应堆中。回收这些资源能够减少对天然铀的需求，延长全球铀资源的使用寿命。此外，再利用钚可以减少对新核燃料的需求，降低燃料成本。具体流程如下：

（2）废料封装

（a）封装技术：核废料被装入专门设计的耐腐蚀材料的容器中。这些容器设计要承受数千年的腐蚀、地质变化和外部力。我组选择B4CpAl金属基复合材料。原因如下：硼是自然界资源丰富的元素，10Ｂ的热中子吸收截面可3８３７ｂ，并且可在较宽的中子能量范围内基本服从１／Ｖ定律。１０Ｂ俘获热中子后发生核反应生成 Ｌi和Ｈｅ，不会产生二次放射性。Ｂ４Ｃ由于具备低密度（2.５２ｇ／ｃｍ^３）、高硬度（仅次于金刚石和氮化硼）和优良的中子吸收性能而受到广泛关注。Ｂ４Ｃp－Ａｌ金属基复合材料具有良好的机械力学性能、热稳定性、抗腐蚀性能和耐辐照性能，是一种很好的新型结构功能材料，可广泛用于核辐射屏蔽领域。

（b）多重屏障系统：除了主封装容器，废料通常还会封装在多层防护中，包括黏土、混凝土等，以确保多重屏障系统将废料与外界环境完全隔离。

（3）废料运输

（a）安全运输：封装好的废料会通过特殊设计的车辆或火车，运送到专门的深地质储存设施。运输过程中的容器设计能经受意外情况（如事故或爆炸），以确保废料不会泄漏。

（4）地下储存位置选择

（a）地质评估：选择稳定、干燥的地质层（如花岗岩、盐层或粘土层），这些地层具有数百万年无显著地质活动的记录。

（b）深度要求：通常储存在数百米到一千米以下的深处，确保废料与地表和地下水系统隔绝。

（c）选址：通过资料了解到

①山东省的中部和西部地区，如泰山和鲁中山区，拥有丰富的花岗岩地层。这些地区的花岗岩具有较好的稳定性和低渗透性，能够有效隔离放射性物质。泰山及其周边地区长期以来被认为地质活动较少，因此在地质稳定性方面具有优势；

②鲁中地区的泰山和鲁西山区的地震活动较少；

③鲁中和鲁西山区的内陆地区地下水流动性较低，可以较好地隔离地下水，减少废料泄漏的风险。

【基于以上分析，我组选择距青岛市较近的鲁西地区泰山地层进行掩埋】

（5）废料安放

（a）掘井：在深层地质区域中挖掘隧道或竖井，专门用于存放核废料容器。储存井设计为防止地下水渗透和外部干扰。

（b）安放容器：封装好的废料容器通过机械设备放入井中，垂直埋入。

（c）回填材料：容器放置后，使用实密沙-膨润土混合物进行回填，进一步隔离废料与外界环境。

由于密实砂一膨润土混合物的低渗透性、较强的离子吸咐能力和阳离子交换能力及高膨胀性，它成为了回填材料的绝佳选择。

（6）长期监测与封闭

（a）监测与维护：储存设施将在封闭前进行数十年甚至更长时间的监测，以确保地质和环境条件的稳定，并且放射性物质不会外泄。

（b）永久封闭：当确认没有安全隐患后，隧道或竖井将永久封闭。整个储存系统通过多重屏障确保废料与外界完全隔离，防止放射性物质释放到环境中。

·  3.监测与监管：建立监测系统，定期评估废物储存设施的安全性，并遵循相关法规进行监管。

·  4.公众沟通：与公众沟通废物管理方案，增强透明度和信任感，减少社会抵制。

核工业废水处理办法：

核电站工作过程中将不可避免地产生核废水。对此，我们的应对办法如下：

1. 物理化学处理：这是一种常规的核废水处理办法。首先通过沉淀、过滤和化学反应去除放射性物质，较大幅度地减少废水中的放射性污染。

2. 反渗透（ＲＯ）＋连续电除盐（ＣＥＤＩ）：这是一项创新技术。通过离子交换膜去除放射性离子，进一步降低低浓度核废水的放射性。与传统处理工艺相比，膜技术可在一般温 度下操作，没有相变；浓缩分离同时进行；不需投加其他物质，不改变分离物质的性质；能耗低，设备简单、运行稳定可靠；处理量灵活，很容易通过模块式的并联满足处理量的要求。

2.3风能模块细节设计

2.3.1.风能总概况

一方面，海上风电的建设和运行成本大大高于陆上风电。另一方面，海上有着更高的风速及更稳定的风况，因而风力发电条件也更优

综合考虑下，我组采取海上风电发电

青岛海上平均风功率密度：342瓦/平方米（150m） 有效风能时间年平均为6 485小时，占全年总时数的74%，而我们的总配额换算后为2.75MW。以青岛大小管岛 20MW 海洋能源融合发展试验示范项目中的垂直轴双机对转浮式风机为例，其额定功率为50kW×2=100kW。假设其年等效满负荷小时数为6485 小时，则单台风机年发电量为 100kW×6485h=648.5MWh，三座这样的风机年发电量总计约为 648.5MWh×3=1945.5MWh。

1）结构：由大型单桩结构支撑，埋入地下，提供更高的稳定性；三幢风机上装有信号塔，作为传输和接受信号的一个站点；形如DNA双螺旋的垂直轴风机结构象征着人类的永恒，同时供风力发电用🥳。

2）适用场景：适合在海上或软土地区使用，能够应对更强的风力。

3）优点：a）对环境的影响较小，适合深水风电场，具有较好的抗风能力。

              b）美观，具有世界特色和号召力

具体操作办法

相关组织及主要工作：成立海上风电运营维护委员会，工作重点是确保海上风电场及相关输电网可持续运营的规划和协调。 该委员会由先帝能源署领导，各部门分别负责自然环境、海洋安全及航海、海洋资源开采及电网接入。

委员标准：委员需具备风电、风机基础和电网技术领域的专业知识。该委员会的委员会检查海上风电送出工程的工程、经济和规划方案，及对电网的影响。

在实际工作中，委员会利用地理信息系统 GIS绘图。GIS地图中标示了每个政府主管部门的预留区域，如帆船航线、环境保护区域、海底电缆等。（考虑航线、环境敏感区、捕捞区域、资源和开采等利益冲突；考虑风况、海水深度、并网方案、海底状况、 海洋生物等因素）将这些地图进行相互重叠整理，就会得到一幅无用海冲突的区域图。评估环境影响后，按照与海岸的距离、风速及水深等因素评估海上风电预留区域。  

化学能模块细节设计

化学能概况

世界选择利用石油进行化工生产，生产过程中废热二次利用，提炼的柴油等燃料作为备用能源，在紧急断电时通过柴油发电机恢复电力。该部分能量占比 4.6%，非主要能源，是化工生产副产物与应急能源。

回收能量

化工生产中的废热被二次利用。

副产品

提炼出的柴油等燃料作为备用能源。

储能与能源分配方案

我们对能源的储存与管理由以下几个部分组成，其中重力储能与电池储能系统储存能量，而AGC技术合理调配发电站的发电功率，大幅减低储能系统的工作压力。

重力储能

建立重力储能装置，用重金属作为我们的储能介质，选取的重金属可以内部用钨，外部镀铂化学性质较为稳定，密度也较大，每立方米可以重达20吨。以效率 85% 计算，建立储能有效质量为7万吨，落差一百米的储能塔共七座，最多可储能十万千瓦时，这足够我们这个世界在所有功能设备全部瘫痪后依然能够全功率运作4个小时，低功率运作超过一天。这是我们的技术原型：

为了追求美学体验，我们将铸造7座不同的雕像作为我们的储能配重，雕像高约70米。装置一半在地下，一半在地上，通过将巨型雕像升到地表以上来储存能量。当所储存的能量较多时，雕像便会从地下升起来。

锂离子电池储能系统

采用全球最大的 Hornsdale 电池储能系统同款，可实现高能量密度储能，放能快且效率高。

自动发电控制（AGC）技术

工作原理

数据采集与监测：AGC 系统通过电力系统中的数据采集装置，实时获取电网频率、各发电单元的出力、联络线功率以及系统负荷等信息。这些数据被快速传输到控制中心，为后续的分析和决策提供依据。例如，在一个大型区域电网中，分布在各个变电站和发电厂的传感器不断测量电压、电流、功率等参数，并将其发送到电网调度中心的 AGC 系统。

负荷预测与分析：基于历史负荷数据和实时监测信息，AGC 系统运用预测算法对未来一段时间内的系统负荷进行预测。预测的时间跨度可以从几分钟到几小时不等，以提前了解电力需求的变化趋势。例如，通过分析过去一周同一天不同时段的负荷变化规律，结合当前的天气情况、节假日等因素，预测未来几小时内的负荷需求。

发电指令计算与下达：根据负荷预测结果和电网的实时运行状态，AGC 系统计算出各发电单元需要调整的发电功率量。然后，向各发电厂的机组控制系统发送控制信号，要求其调整发电出力。例如，如果预测到未来 10 分钟内系统负荷将增加 100 兆瓦，AGC 系统会根据各机组的性能和当前出力情况，计算出每台机组需要增加的出力值，并向相应机组发送指令。

机组响应与调整：发电厂的机组接收到 AGC 系统的指令后，通过调节燃料供给量（如对于火力发电机组）、水流量（对于水力发电机组）或其他控制手段，改变机组的发电功率。机组的控制系统会实时监测发电功率的变化，并反馈给 AGC 系统，以确保实际出力调整符合指令要求。例如，一台 1000 兆瓦的火力发电机组，在收到增加 50 兆瓦出力的指令后，会调节给煤机的转速，增加煤炭供给量，从而提高蒸汽产量，带动汽轮机加速旋转，使发电功率上升到新的设定值。

参考文献

1.   ^ Nuttall, Mark. Encyclopedia of the Arctic. Routledge. 2005-09-23: 241 [2019-06-09]. ISBN 978-1-136-78680-8. 

2.   ^ Билибинская АЭС на Чукотке будет остановлена в 2019 году. ИА REGNUM. 2016-03-23 [2021-10-03]..

3.   ^ Work starts on on-shore infrastructure for Russian floating plant. World Nuclear News. 7 October 2016 [12 October 2016]. 

4.刘学刚.乏燃料干法后处理技术研究进展[J].核化学与放射化学,2009,31(S1):35-44.

5.鲜亚疆,庞晓轩,王伟,等.用于反应堆乏燃料贮存和运输的B4C/Al复合材料研究进展[J].材料导报,2015,29(03):45-48.

6.王志俭,刘泉声.密实砂-膨润土混合物膨胀特性的试验研究[J].岩土力学,2000,(04):331-334.DOI:10.16285/j.rsm.2000.04.006.

7.赵璇 等: "低放废液处理技术研究进展", 《中国核学会核化工分会放射性三废处理、处置专业委员会学术交流会论文集》, 15 August 2011 (2011-08-15), pages 10 - 12

8.丹麦海上风电厂Danish Energy Agency的报告

9.国际风力发电网

10. https://www.thewindpower.net/

11. https://globalwindatlas.info/zh

12. http://qdsq.qingdao.gov.cn/