创新设计——能源模块

一、能源储存

1.储存总览

能源储存方面，鉴于我们小组只采用电能的能量形式，且地处位置水力资源丰富，我们自然而然的的想到利用抽水蓄能水力发电。但除此之外，我们还创新性的提出利用多种储能方式混合使用，将可再生能源电力进行整合，利用电网规模储存，以同时满足日常用电与应急用电。

除抽水蓄能外，我们小组还提出使用电容蓄电以及氢能蓄电。其中，抽水蓄能由于其体量大，安全性高的优点，被用作长期储能和应急用电的手段；而电容蓄电鉴于其充放电快速，且放置位置距离居住区近的原因，被用作生活用电的手段；而氢能储存由于其能量密度高，转化速度快，被用作高功率的工业用电及大型机械用电。

2.创新储能设备设计

碳水泥超级电容

参考链接1，碳水泥电容有以下优势：

·生产优势：碳水泥电容的制作仅需水，水泥以及炭黑，朴素的原材料及简单的制作工艺让新世界能够及时对电容损坏进行补充。且根据文献，该电容生产过程所储存的碳能够基本抵消生产产生的碳足迹，在环保上具有高度优势。

·使用优势：碳水泥电容的电容值是一个与系统大小无关的量，这意味着其能量存储能力可以随着结构尺寸的增加而增加。且其高建筑强度能很好的融入日常生活区中，在墙壁与地面中埋入该电容足以解决日常生活储电需求。且电容寿命高，储电量随充放电次数衰减频率低。

·用电优势：碳水泥电容不仅具有高能量存储能力，还具有高充放电速率的优势，其充放电速率与其电极的尺寸和组成有关，通过调整电极的组成和结构，可以进一步优化其高充放电速率，这使得它们可以用于更多应用，如将光能进行快速储存，且其输出效率高，达到95%。

根据上述优势，我们将碳水泥电容作为主要生活用电手段。根据文献中20-220Wh/m³的能量储存密度进行计算，为满足新世界中人均生活，公众服务，科技研究，中央控制用电总计约20kwh/d的能量需求，为同时提高安全性，耐久度及电容材质强度，我们决定按20Wh/m³的最低能量密度（接近普通电容能量密度）进行计算，且考虑到光能的不稳定性及可能出现的能量过剩，我们决定需要6000m³体积的碳水泥电容，这也远小于新世界所需生活区的建筑水泥用量。

氢能储电用电

参考链接2，氢能使用具有以下优势：

·储能量高，转化快速：使用来自Ambartec公司的氢能储能体系，综合当前最先进的SOFC（固体氧化物燃料电池）技术及该公司研发的基于铁氢的HyCS储能技术，储氢密度与发电效率都远高于同体积其他技术，具有很大优势

HyCS与其他技术比较

·泛用性广，与其他工业可以很好结合：氢能作为清洁能源，可以很好的为工业生产提供能量，如参考链接[4],利用欧盟SIDERWIN项目中的H2-DRI氢铁技术，可以实现用氢气直接还原氧化铁的过程。比起常规的高炉炼铁等技术，不但提升了环保性，更提高了能量利用效率。此外，前面提到的SOFC技术也可以满足生活供热，点火等需求。

根据上述优点，我们选择使用氢能作为工业用能及部分生活用能的来源。根据Ammbartec公司给出的数据：2KWh/L的能量密度，80%的电对氢能量利用效率与66%的电对电能量利用效率，考虑储蓄能量足以供给日均能量，大约需要3wm³体积作为氢能的储能空间

二、用电创新

1. 智能电网

根据链接[6],为平衡电力使用与能量储存的不均衡性，我们小组决定使用智能电网来对整体电力进行统筹监控和管理，例如：平衡用电高峰与低谷时所用能量来源，均衡储能分配，维持高需处电压恒定等各式各样的电力问题。具体来说，在电网中采用DER技术进行分布式管理，OMS技术进行停电管理，SCADA技术进行数据采集，以及FACTS技术进行输电管理。

2.生活垃圾制氢

参考链接[5],为满足生活清洁化，我们小组选择使用采用南海区项目中的“生活垃圾低温绝氧热解碳化－气化制氢工艺技术”，保证物尽其用。

[1]：https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2304318120

[2]: https://www.ambartec.de/wp-content/uploads/GE_03_2022_fb_Rudloff_V3_final.pdf

[3]: https://www.ambartec.de/en/

[4]: https://cordis.europa.eu/project/id/768788/reporting

[5]: http://h2.china-nengyuan.com/news/215302.html

[6]:https://www.iea.org/reports/unlocking-smart-grid-opportunities-in-emerging-markets-and-developing-economies

• 三．未来能源需要

• 在发展常温超导的过程中，我们还是不可避免的要创造实验室低温，以及改变材料组成，便于研究超导的机理，这将是一部分能量需要。另外，不排除未来可能有稀有金属等资源的需要，可能会考虑开采矿产或者与其他小组进行交易。
  常温超导如果实现，那么我们的世界将有很多富余的能量。那时候我们的能量输出很多可能会从实用性向美观性发展，也有可能集中起来去干一些大的项目。