细节设计
一、水能
1.能量密度
正常蓄水水位：29.7m
1m^3(1t)水的势能：1000*9.8*29.7 = 291.06kJ
对1kg水：291.06/1000kg = 291.06J
即能量密度291.06J/kg
计算方法参考资料：
水位数据参考资料：
2.时间分布
月平均径流量（m^3/s）（按月份排列）：
651 908 1420 2760 4170 4490 3770 2130 1440 1280 1190 707 2080
计算可得 年平均流量为2249.67 m^3/s（注：此处是整个河道的流量，还未算到水力发电站所接受的水流量）
https://kns.cnki.net/kcms2/article/abstract?v=Fc1KeZPKhRGzuTcocLou7NVNmmbGiW5IERmAncN2N64VLx2wUvfr85p3HgQAXer75EhtQ1yOLGLfb89kqtW6fkDi-q87MY9KTMICpEF3DNWW3r7Yj2yG_8-LiRqx64UjUw0s7UyX_XRTMhKqoDsZyUYryhCURLQvg5Adw5BA4VluTp216iHLbW2fYuD7R61X694egUB4tRY=&uniplatform=NZKPT&language=CHS
（此处取距离我们选址最近的监测点长沙的数据）
3.空间分布
由谷歌地图：
湘江橘子洲段整体河道约1.2km宽
选址处到最近的江心洲之间的河道宽40m
4.利用方法
水力发电：
https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%B0%B4%E5%8A%9B%E7%99%BC%E9%9B%BB
通用发电机数据：
湘江长沙综合枢纽（发电蓄水生态三合一实例）：
转化效率：
约80%
一般水电站机械效率：
二．太阳能
1.能量密度
湖南长沙橘子洲附近地区（东经112.96°，北纬28.18°）csi光伏发电量为1027.3kWh/kWp，水平面总辐射量（GHI）为1211.3kWh/m2，法向直接辐射量（DNI）为662.9KWh/m2,光伏组件最佳倾角（OPTA）为19°。
来源：Solargis Prospect
2.空间分布
湖南长沙橘子洲附近基本为平原地形，无山脉或高大植被阻挡，因此太阳能空间分布基本均匀，在各处架设太阳能发电装置可获得的能量基本相等。
3.时间分布
太阳能在日间和年间分布极不均匀。一天内，太阳能呈现出明显的午间丰富，晨间与傍晚稀少，夜间基本为0的分布。
长沙气候为亚热带季风气候，夏季平均日照时间长于冬季平均日照时间。夏季平均日照时长4-5小时左右，冬季少时则只有1-2小时。年平均日照1583.3 小时，日照偏少年份年平均日照1421.7小时。为保证发电量计算不偏大，我们按年平均日照1400小时计算。
在居民住宅屋顶上加装太阳能光伏发电板，每个人平均占地面积为40平方米，而三口之家等等有可能将三个最小单元拼接在一起，也就是只有约一个40平方米的可接受光照的面积。平均每个人拥有40/3平方米的接受光照面积，经计算住宅区总屋顶面积约33413㎡左右，我们留出3413平方米作为装饰面积，剩余30000㎡用于安装太阳能光伏发电板，有效发电面积（A）约为27000㎡（考虑部分发电板故障、空间损耗等）。我们取太阳光到达光伏发电板位置处的每平方米功率(Isolar)为1000W/㎡，查阅资料得长沙市年平均气温约为18℃，将其作为TPV，计算得转化效率ηel约为14.23％，计算得Wel=3842100W，长沙市平均一天有效发电时长约为2.6小时，计算得居民区平均一天光伏发电量约为3330度。当然，光伏发电的发电量波动性较大，阴天发电量可能极小，难以实现有效利用，冬季发电量也明显低于夏季发电量。在光伏发电低谷期，不足的发电量主要由储能系统提供，通过电网统一调配满足家庭用电。计算参考文献与公式如下。
三．氢能
1. 能量来源：
氢来自于电解水，即将多余的电力用于水的电解
2. 储存，运输，利用方式：
HyCS® 工艺
另外，用氢气做原电池原料以及其他的原电池反应中，都应用热电联供燃料电池系统
热电联供燃料电池系统效率分析 (wanfangdata.com.cn)
3. 能量转化效率：60%左右（电能到电能）
AMBARtec高效氢储能系统成功扩展到250KWh上限_新能源资讯_新能源网 (china-nengyuan.com)
四．热能
- 1. 能量来源：
2.能量转化效率：与温差有关，总体上效率为10%左右
光伏和热电的耦合，效率可以达到16%左右
层叠型光伏-热电耦合发电系统能效提升分析 (wanfangdata.com.cn)
基于液冷散热的太阳能光伏--热电复合组件综合发电效率研究 (wanfangdata.com.cn)
热电发电器件能量转换效率测量 (wanfangdata.com.cn)
五．化学能
主要是石油作为工业生产化工原料（如乙烯，丙烯，苯，甲苯，二甲苯等等）
1. 确定基本生活需求涉及的化工产品
- 塑料产品：包括用于包装食品的塑料薄膜、日常生活用品（如塑料容器、餐具等）。假设每人每年平均需要消耗10千克塑料产品，2506人每年共需25060千克塑料。塑料主要成分是各种聚合物，生产这些塑料大多以石油为原料。以聚乙烯为例，生产1千克聚乙烯大约需要1.1 - 1.2千克石油（不同生产工艺略有差异）。
- 合成纤维产品：用于制作衣服、家纺等。假设每人每年消耗5千克合成纤维，总共需要12530千克。合成纤维如聚酯纤维生产也需要石油化工原料，生产1千克聚酯纤维大约需要0.8 - 0.9千克石油。
- 洗涤剂和清洁用品：假设每人每年消耗1千克，共2506千克。这些产品的生产也涉及石油化工原料，生产1千克洗涤剂大约需要0.4 - 0.5千克石油。
- 药品和医疗用品：假设每人每年消耗0.5千克（包括药品包装等），共1253千克。许多药品的生产中间体也来自石油化工，生产1千克药品（考虑到包装等综合因素）大约需要0.6 - 0.7千克石油。
2. 计算所需石油量
- 塑料产品所需石油量：按上述估算，生产塑料产品约需石油 千克。
- 合成纤维产品所需石油量：约需石油 千克。
- 洗涤剂和清洁用品所需石油量：约需石油 千克。
- 药品和医疗用品所需石油量：约需石油 千克。
- 总共所需石油量约为 千克。
3. 计算化学能
- 石油的燃烧热约为 千焦/千克（不同品质石油略有差异），以45000千焦/千克计算。
- 那么这些石油折合化学能约为 1.95656*10^9 千焦，即543489kwh。
金属的冶炼我们采用电磁感应加热和电弧加热两种方式。对于小型的金属冶炼采用电磁感应加热。其原理是利用交变磁场在金属内部产生感应电流，进而产生焦耳热使金属熔化。在金属冶炼中，感应加热具有独特的优势。一方面，加热速度快。例如在小型有色金属（如铜、铝）的冶炼中，感应加热炉能在短时间内使金属达到熔点并熔化，这是因为感应电流在金属内部直接产热，能量传递过程高效，能快速将电能转化为热能，大大缩短了冶炼时间。另一方面，加热过程较为精确和环保。它可以精确控制温度，并且在合适的炉体设计下，能减少热量散失和对周围环境的污染。与传统的燃烧化石燃料的冶炼方式相比，不会产生燃烧废气等污染物。
对于一些高熔点的大型金属材料的大规模冶炼，选择电弧加热。电弧加热可以在短期内提供大量的热，并且供热精准，过程中产生大量热辐射可以通过热电发电元件再次发电，减少能量的损耗，最大限度的利用能源。
0 条评论 (登录以进行评论)