能源模块2-细节设计
水能
空间分布
主要河流与水能资源
镇沅县的水能资源主要集中在以下几大水系:
1. 威远江水系:这是流经镇沅县的最主要河流,也是澜沧江的一级支流。其干流及众多支流(如勐统河、景谷河等)蕴藏着巨大的水能潜力。
2. 李仙江水系:李仙江同样是澜沧江的一级支流,其部分支流也流经镇沅境内,贡献了一定的水能资源。
3. 山区小流域:县内众多从哀牢山和无量山发源的小河流,虽然单体水量不大,但数量多、落差集中,非常适合开发小型水电站。
时间分布
丰水期(5-10月): 雨季来临,水量充沛,发电量达到峰值。
枯水期(11月-次年4月): 降水减少,发电量会显著下降。
月份 月均降水(mm) 径流特点 月均水能发电潜力(估算) 特点描述
1月 10–20 mm 枯水期 50–150 MWh 降水少,流量低,发电量最小
2月 15–25 mm 枯水期 80–200 MWh 仍较枯,但略有回升
3月 30–50 mm 枯→平水过渡 200–400 MWh 春雨初至,流量缓慢增加
4月 60–90 mm 平水期 400–700 MWh 降水增多,进入春汛初期
5月 120–180 mm 平水→丰水过渡 800–1400 MWh 降雨明显增多,流量显著加大
6月 180–250 mm 丰水期 1500–2500 MWh 主汛期开始,发电量大幅上升
7月 200–300 mm 丰水期(峰值) 2000–3500 MWh 降雨最多,径流最大,发电最高峰
8月 180–260 mm 丰水期(维持) 1800–3000 MWh 仍然多雨,但可能偶有间歇
9月 120–180 mm 丰水→平水过渡 1000–2000 MWh 降雨减少,流量开始回落
10月 60–100 mm 平水期 500–1000 MWh 进入旱季初期,发电下降
11月 30–60 mm 枯水期 200–500 MWh 降水显著减少,流量走低
12月 15–30 mm 枯水期 100–300 MWh 全年发电最低谷之一
转化效率
85%-90%
能量密度
• 装机容量: 120 千瓦
• 年发电量: 约 600,000 千瓦时(即 600 MWh)
参考资料
- 湖南省水利部门2013年沅江干流规划报告,湖南省水利厅官网(slt.hunan.gov.cn)
- 《小水电水能设计规程》(SL76-2009)水利部官网(www.mwr.gov.cn(www.mwr.gov.cn))“政策法规-技术标准”栏目搜索“SL76-2009”获取标准文本
- 邓胜权. 山区日调节小水电站水能计算[J]. 水电与新能源, 2015(11):36-39
- 周之豪. 水利水能规划[M]. 2版. 北京: 中国水利水电出版社, 1999
核能
- 时间分布
- 空间分布
核电站受空间影响小
- 转化效率
纯发电效率约为50%
- 能源密度
理论值为100–150 GW·d/tHM
参考文献(关于钍基熔盐反应堆 超临界二氧化碳循环 余热利用
- [1] S. Yun, D.‑L. Zhang, X. Li 等,“FHR 的 SCO2 布雷顿循环系统的设计、优化和热力学分析”,《核能进展》,2023 年。doi: 10.1016/j.pnucene.2023.104593
- [2] G. Soytürk,“基于跨临界二氧化碳朗肯循环和制氢氦气涡轮机的多联产系统的设计和性能评估”,Düzce Üniversitesi bilim ve teknoloji dergisi,2024。doi:10.29130/dubited.1488860
- [3] D.‑L. Zhang 等人,“氟盐冷却高温先进反应堆(FuSTAR):一种综合核能生产和转换系统”,《能源》,第 276 卷,2023 年。doi: 10.1016/j.energy.2023.130048
- [4] G. Nàfràdi 等人,“混合光伏钙钛矿在核反应堆环境中的辐射探测和能量转换”,《固体物理学报》(b),2020 年。doi: 10.1002/pssb.201900324
- [5] X. Liu, Y.-p. Huang, M. Liu 等,“小型氟盐冷却高温反应堆与布雷顿循环耦合分析”,《能源研究前沿》,2023 年。doi: 10.3389/fenrg.2022.1097023
- [6] L. Xu、X. Niu、W. Hong 和 W. Su,“包含多级主压缩机中间冷却的超临界 CO2 布雷顿循环热力学性能的综合多目标优化研究”,《能源》,2024 年。doi: 10.3390/en17246372
- [7] Y. Xiao, Y. Zhou, Y. Yuan, Y. Huang, 和 G. Tian, “超临界 CO2 布雷顿循环在反应堆系统中的应用研究进展:综述”, Energies , 2023. doi: 10.3390/en16217367
[8] AF Wadjdi、S. Permana 和 E. Misrianto,“系统评价:钍熔盐反应堆 2016-2020”,《国际科学与技术研究杂志》
[9]IAEA-TECDOC-2009 国际原子能机构出版刊物《钍基核能部署的近期和有发展前景的长远方案》
三,地热能
1.时间分布
永恒稳定 ◦ 与大规模区域一样,点状地热资源在时间上完全稳定,无任何波动。可以365天、24小时不间断地提取热量。【1】
冬季: 从温度恒定的地下(如15-20°C)提取热量,为室内升温。【2】
夏季: 将室内的热量转移到地下,为室内降温。
. 空间分布
高度集中于点位 地热资源不体现在表面积上,而是体现在垂直深度上。在这个范围内,地热资源是均匀分布的——只要向下钻探,就能获取热量。其“分布”取决于钻井的位置和深度。
◦ 关键参数:地温梯度。 假设该地地温梯度为 3.5°C/100米(高于全球平均的2.5-3°C)。那么:
▪ 在地下100米深处,温度约为 15°C(地表温度) + 3.5°C = 18.5°C。
▪ 在地下1000米深处,温度可达 15°C + 35°C = 50°C。
▪ 在地下2000米深处,温度可达 15°C + 70°C = 85°C。
◦ 结论: 在这个小范围内,地热能的“空间分布”就是向地下要热量,深度决定温度。
能量密度
基于对当地地质条件的乐观估计(中等偏高地温梯度),在此地打一口深度适中的地热井,可实现的数据如下:
• 单井热功率: 约 5 - 10 MWth(兆瓦热)
• 有效利用热量: 约 43,000 - 86,000 MWh(兆瓦时热)/年
• 若用于发电,年发电量: 约 4,300 - 8,600 MWh(兆瓦时电)/年
井深: 2500米(瞄准中深层热储)。
相关假设
◦ 地温梯度: 35°C/公里(高于全球平均,符合云南地质活动区特征)。
▪ 据此,井底温度 ≈ 地表温度15°C + (2.5km × 35°C/km) = 102.5°C。
◦ 地热流体流量: 每秒50升(这是通过强化技术可能达到的流量)。
◦ 运行时间: 每年8000小时(考虑到维护停机)。【3】【4】
参考文献
- Measuring and Predicting the In-Ground Temperature Profile for Geothermal Energy Systems in the Desert of Arid RegionsAhmed M. Abdel-Ghany,Ibrahim M. Al-Helal,Abdullah A.Alsadon,Abdullah Ibrahim,M. R. Shady03 Oct 2022 - Energies - Vol. 15, Iss: 19, pp 7268-7268
- Utilization and Research on Medium-Enthalpy and Low-Enthalpy Geothermal Energy in WSHP System Yi Zhang, Dong Ming Guo, Da Liu China University of Mining and Technology 01 Oct 2011 - Advanced Materials Research (Trans Tech Publications) - pp 392-397 Show Less
- Influence of discrete fracture network on the performance of enhanced geothermal system considering thermal-hydraulic-mechanical multi-physical field coupling.2025 Jiang
- Prediction of Geothermal Heat Flow Using XGBoost with the Applications in Coupling Coalbed Methane and Geothermal Resource.2025 Zhang ...
四.太阳能
空间分布
该坐标点处于北回归线以南,海拔约1300-1600米,大气透明度较高 ,属于云南省太阳能资源"较佳开发区",年有效发电小时数约1400-1600小时
时间分布
季节分配特点:干季(11月-次年4月)辐射量占全年55%-60%,日均辐射值18-22兆焦耳/平方米 • 雨季(5月-10月)受云量影响,日均辐射值12-15兆焦耳/平方米
利用方式
光伏发电:在建筑上层架设大块光伏板,在其余可行处添加小型柔性光伏板,作为发电的一种补充方式。
水光解制氢:直接利用光催化方式制氢,以氢能作为世界的主要含能体能源,为部分脱离于电网的设施、交通工具以及家用热源提供燃料。
农光互补:在光伏板的下方可以种植菌类、中草药等喜阴植物,充分利用空间。
转化效率
1光伏发电:
单晶硅电池:(用于大块光伏板)
由单一晶体制成,结构完整、纯度高。
· 实验室效率:~26.7%(接近理论极限29.4%)
· 商业化组件效率:~22% - 24.5%
铜铟镓硒:(用于小型柔性光伏板)
· 实验室效率:~23.6%
· 商业化组件效率:~17% - 21%
2水光解:
在贵金属助催化剂体系方面,柳清菊团队通过构建B-Pt-O不对称配位结构,在365 nm光照下实现了627.6 mmol g⁻¹h⁻¹的制氢速率,表观量子效率高达98.4%,接近理论极限。
通过在大肠杆菌生物被膜上原位聚合聚吡咯,可形成导电性良好的生物-非生物界面。这种共形贴附结构能有效桥接光催化剂与生物组分,实现可见光驱动的全解水反应,产物H₂/O₂比例稳定维持在2:1。
能源密度
年太阳总辐射量:约5800-6200兆焦耳/平方米(相当于1611-1722千瓦时/平方米)
参考资料:
1. 柳清菊团队B-Pt-O体系研究
• 论文标题:Asymmetric B-Pt-O coordination enables near-unity quantum efficiency for photocatalytic hydrogen evolution
• 期刊:Nature Communications (2023)
• 作者:Liu, Q., Zhang, Y., Wang, X. et al.
• DOI:10.1038/s41467-023-39899-z
• 网址:https://www.nature.com/articles/s41467-023-39899-z
2.《云南省太阳能资源评价报告》
完成单位:云南省气候中心
主要完成人:朱勇、范立张、王学锋、杨晓鹏、杨鹏武、舒康宁
数据基础:整合全省126个气象站30年日照数据(275万条记录)及7个辐射站总辐射观测数据(11.9万条记录)
技术方法:采用气候学推算结合ArcGIS 9.2平台空间分析
成果应用:指导建成3座光伏电站(装机20.6万kW),另有50个获批项目(约300万kW)
3.范立张等. 云南太阳能资源时空分布特征与区划评估[J]. 太阳能学报, 2025,46(2). DOI:10.19912/j.0254-0096.tynxb.2023-2112
4.王学锋等. 1961-2007年云南太阳总辐射时空变化特征[J]. 气候变化研究进展,2009(1). DOI:10.3969/j.issn.1673-1719.2009.01.006
5.宛芳等. 云南省太阳能资源及太阳能利用进展[J]. 煤气与热力,2009(2). DOI:10.3969/j.issn.1000-4416.2009.02.007
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