Part1 风能

一、能量密度

盐城位于我国的最大风能区，盐城离海岸30km处的海面上高度100m处年平均风速约为7.5m/s，风能密度达到410W/m²，年等效满负荷小时数可以达到3000小时以上。这样的条件使得盐城被誉为“海上风电第一城”。

二、空间分布

盐城附近沿海地区的风力资源随空间变化整体变化并不明显，均有丰富的风能资源，适合用于风力发电。

三、时间分布

按年份来看，盐城的风力资源每年相对稳定，变化幅度最大为6%。（2009-2017年的数据），按照估计94%的风速基本可以达到需求，但仍然要考虑其他能源方式的补充问题，以预防风力发电不足的问题。

按月份来看，12月到次年5月的风力较强，而6月到11月的风力相对较弱，以平均风速为基准，变化范围在84%到111%，变化幅度较大，若风力发电并不能做到在最低风速时保持足够的能量输出，则必须考虑在月度之间调度能量的储能方式。

按小时来看，每天的早晚（18时至次日7时）的风速保持在较高水平，而白天时间（8时至17时）较低，最低为平均风速的93%。同样的，若风力发电不能在93%的风速下拥有足够的输出功率，则需要考虑一天内的电力调配问题。

四、利用方法

目前风能的利用主要通过风力发电机将风能转化为电能加以利用。也有直接利用风的机械能驱动动力设施进行利用的方式（风车），但是并不适合利用海上如此丰沛的风能且应用范围有限，故不纳入考虑。

对于风力发电，由水平轴和竖直轴风机两种类型，目前水平轴占统治地位，其稳定性更高，但是不能接受全方位来风。根据选址地点的风能玫瑰图可以发现，基本上所有的风能集中在一条轴线上，且目前的水平轴风机可以安装偏航系统以适应不同风向，故水平轴风机仍然时更好的选择。

五、转化效率

考虑使用海上风力发电机，查阅资料后，以国能大丰H5#海上风电场风机机组为参考（位于盐城市大丰区，场区中心距离海岸线67km）

查阅数据得知，该处风能密度约为440W/m²，略高于小组选址地点。风场由32台GW184-6.45MW智能海上风电机组构成，装机容量206.4MW，单月发电量5649万kWh，经计算，单台风力发电机一年发电量可达2100万kWh。由于选址地区的风能较弱，可保守估计在选址地点安装同样的风力发电机的发电量至少可以达到1800万kWh，仍然大于项目所需。

风能参考资料：

1. Global Wind Atlas (https://globalwindatlas.info/zh)

2. 盐城市大丰区人民政府 部门动态 国能大丰H5#海上风电场风机机组可利用率100% (https://www.dafeng.gov.cn/art/2024/12/13/art_11828_4264315.html)

3. GW184-6.45MW - GOLDWIND (https://www.goldwind.com/cn/assets/d80f2f75c48d6e715ed5f65b041bc6b6.pdf)

4. 百万立方未来世界 - 学在浙大 (https://courses.zju.edu.cn/course/86587/learning-activity/full-screen#/1053363)

Part2 光能

一、能量密度

盐城是江苏太阳能资源富集之地，年太阳辐射总量为1400—1600千瓦时/平方米，年平均光照时间在2280小时左右，年发电量利用小时数1200小时左右。总体光能资源较为丰富，可以很好地与风能发电形成风光互补体系。

盐城当地的部分光能数据如下：

水平面总辐射量：3.767 kWh/(m²·d)

最优倾角辐射量：4.122 kWh/(m²·d)

光伏组件最优倾角：28°

二、空间分布

经过查询光能分布图可以发现，太阳能资源在小范围内的变化并不显著，更多取决于人造物对于太阳光的遮挡，在设计城市的过程中需要加以考虑，避免光能资源的浪费。

三、时间分布

光能资源受时间影响较大，大致表现在夏季最为丰沛，冬季最为稀缺，且一天之内的变化极大，正午光能一般最强而晚上基本没有。

除此之外，光能资源有着很大的不确定性，即难以预测光能资源的分布情况，因为太阳辐射在很大程度上和天气等因素相关，例如盐城市2025年7月的每日太阳辐射总量就呈现不规则的折线。

因此，如果想要利用光能发电，为了保证电网的稳定性，必须做好电能的缓存，保证稳定的输出。如果不将光能转化为电能而直接利用，需要准备好当光能不足以满足需求的时候所采用的备用方案。

四、利用方法

1、光伏发电：通过铺设光伏板的方式将光能直接转化为电能。项目主要采用这种光能利用方式，构建风光互补的能源供给体系。

2、光能采暖：通过让太阳光进入室内进行冬季的自然加热，减少能耗。由于项目可能会采用较高密度的住宅区设计，该方案不一定可以实施。也可以通过加热水的方式间接实现室内加热，或许纳入考虑。

3、光热发电：更加稳定、对电网压力更小、全过程更为环保的太阳能利用方式，但是需要配置汽轮机进行热能到电能的转化。考虑到对光能的需求量不大且需要节省体积，项目仍然选择光伏发电。

4、光能生物利用：通过植物的光合作用等将光能转化为化学能，减少能耗。可以在植物工厂采用该利用方式。

五、转化效率

光伏发电：当前单晶硅电池的转化效率为22%-24%，实验室最高可以达到26%，但是稳定性不足。根据当前项目设计，年发电量约为 4.122 kWh/(m²·d) * 365 d * 10000 m² * 23% = 3460419 kWh ，即使再有一定损耗仍可以达到项目需求的2500000 kWh。

光能参考资料：

1. Solargis Prospect (https://apps.solargis.com/prospect/map)

2. 羲和能源气象大数据平台 (https://xihe-energy.com/)

3. 目前光伏太阳能电池板光电转化率能达到多少？ - 知乎 (https://www.zhihu.com/question/24019385/answers/updated)

4. 百万立方未来世界 - 学在浙大 (https://courses.zju.edu.cn/course/86587/learning-activity/full-screen#/1053361)

Part3 生物质能

一、能源密度

常见作物热值（干基）^【1】：

玉米秸秆：热值约为 3400-3800kcal/kg

麦秸：热值约为 3200-3600kcal/kg

稻杆：热值约为 3000-3300kcal/kg

豆秸：热值约为3824-4302kcal/kg

稻壳：热值约为 3585-3824kcal/kg

甘蔗渣：热值约为 3585-4063kcal/kg

松木、硬杂木：热值约为 4500kcal/kg

软杂木：热值约为 4300kcal/kg

锯末：热值约为 3120kcal/kg

树皮：热值约为 4060-5020kcal/kg

动物粪便：热值约为2390-4300kcal/kg

https://bioenergylibrary.inl.gov/

https://zhuanlan.zhihu.com/p/347398037

https://m.doc88.com/p-37516545275093.html

二、空间分布：

与森林分布和农业区分布有显著联系，生物质能主要集中于在农业发达地区和森林覆盖率高的地方，同时热值排序：木质类>加工残余物（甘蔗渣、锯末）>农业秸秆，故而林业区生物质能源应会相比农业区更丰富一些。因此，推荐在百万立方的植物工厂和生活区（考虑人类排泄物）附近建设生物质能的发电模块，减少运输成本

三、时间分布

生物质的收集有较强的季节性和年际波动，但在百万立方未来世界的植物工厂中主要是植物的收获期的差异导致有一定的时间分布上的差异，但通过合理安排作物种类与比例可以大幅减少差异。或可通过植物工厂内温度完全人工控制，减少季节性波动，但能耗会大幅上升。但值得注意的是通过对生物质的利用的调整可以将其作为一个可调度、可储存的能源缓冲单位，我们可以将能量以生物质的形式（沼气、生物炭等）储存起来，以调控风光发电的峰谷。

四、利用方法：

1、热化学转化 （1）直接燃烧（效率低），可用于供热、发电（2）气化，供暖，可用于发电，制取氢气、或作为化工原料合成甲醇、柴油等 (3)热解 可产生生物炭、生物油

2、生物化学转化 （1）厌氧消化，生成沼气沼渣沼液，可用于发电、供暖 （2）发酵，可生成许多化学用品

3、物理化学转化 酯交换，生成生物柴油

4、生物精炼

需要注意若是普通基热值会显著低于干基，利用前最好烘干

五、转化效率:

1、厌氧消化：

微生物电解池辅助厌氧消化技术^【2】：净能量转化效率为64.0%

2、气化

两段循环流化床技术^【3】：以水蒸气-氧气为气化剂，气化效率在80%以上

3、直接燃烧（备用）

富氧燃烧技术^【4】（用于燃气锅炉供暖）：热转化效率约 82% - 88%

4、热解

生物质热解多联产系统^【5】：可实现能量效率>85%

5、酯交换

酯交换法利用生物质能的核心路径是“含油生物质→精制油脂→酯交换→生物柴油→发电/动能/供热”，全流程能量转化效率因终端场景差异较大：

发电/车辆动能场景下约10%-13%，直接供热场景下约25%-30%，故而主要应用是生产生物柴油。

生物质能参考资料：

1、https://bioenergylibrary.inl.gov/

https://zhuanlan.zhihu.com/p/347398037

https://m.doc88.com/p-37516545275093.html

2、http://dianda.cqvip.com/Qikan/Article/Detail?id=7112608831

3、https://keyanchu.syuct.edu.cn/info/1030/1675.htm 

4、https://m.renrendoc.com/paper/446823321.html 

5、https://blog.sciencenet.cn/home.php?do=blog&id=1503226&mod=space&uid=3620330

Part4 化石能源

一、能量密度

1.世界上各种化石能源能源密度数据对比^【1】：

2.盐城的化石能源（煤炭、石油、天然气）具有高能量密度优势，其中煤炭能量密度可达7000 kcal/kg（标准煤系数），石油和天然气则分别以液态和气态形式存储能量，便于规模化开采和运输。盐城凹陷作为苏北盆地重要构造单元，其烃源岩（如阜宁组、泰州组）具有高有机质丰度，支撑了天然气和石油的高效成藏。盐城拥有683万亩沿海滩涂和1.7万平方公里海域，天然气储藏量达800亿立方米，其中页岩油藏和常规油藏为重要烃源岩层。^{【2】【3】【4】【5】【6】}

二、空间分布

1.化石能源的空间分布呈现明显的区域集中性，这种不均衡性深刻影响着全球能源贸易和地缘政治格局。根据最新数据，三大化石能源的分布特点如下^{【7】【8】}：

石油资源：

· 全球已探明储量约1.57万亿桶，储采比为52.5年 

· 委内瑞拉(3030亿桶)、沙特阿拉伯(2670亿桶)、伊朗(2080亿桶)和加拿大(1700亿桶)位居全球前四位 

· 中东地区占全球储量的47.7%，储采比高达77.8年 

· 亚太地区仅占全球储量的2.5%，储采比仅为14.1年，远低于全球平均水平 

天然气资源：

· 全球已探明储量约187万亿立方米，储采比为54.1年 

· 俄罗斯(37.39万亿立方米)和伊朗(32.1万亿立方米)的储量分别占全球19.88%和17.07% 

· 中东地区占全球天然气储量的42.7%，储采比大于100年 

· 北美地区储采比仅为12.8年，亚太地区为28.7年 

煤炭资源：

· 全球已探明储量约13.6万亿吨，储采比为110年 

· 俄罗斯(1621.66亿吨)以15.1%的储量占比位居全球第一 

· 中国煤炭储量1431.97亿吨，占全球总量的13.3%，但储采比仅为37年 

· 美国(2466.43亿吨)、俄罗斯、中国、澳大利亚和印度构成了全球煤炭资源的主要分布区 

1. 本项目选址在盐城，其化石能源分布主要集中在沿海滩涂。盐城凹陷受构造演化控制，其断层活动与油气成藏高度相关。例如，盐③断裂带在古近纪晚期的压扭作用，形成天然气储层的构造圈闭。因此，化石能源在盐城分布也较为集中。 

三、时间分布^{【10】【11】【12】【13】}

1.化石能源的形成需要数百万年的地质过程，而人类开采利用的时间相对较短，这种时间上的不匹配导致了资源枯竭问题。根据最新研究数据：

石油资源：

石油的生成与半寿命期：石油主要由沉积有机质在高温高压下热解生成。根据地壳丰度与全球储量的线性关系，石油的半寿命期（从生成到消耗）约8700万年，仅在志留纪和泥盆纪出现小幅震荡。

陆相页岩油的半寿命期约为12000万年，受地壳构造影响。

天然气资源：

天然气的生成与循环特征：天然气主要由有机质热解生成，需要更高的温度（约60-180℃）和深度（1000-4500米）。古生代中期（约5.7亿年前）是天然气生成的高峰期，半寿命期约12000万年，显著长于石油。

煤炭资源：

煤炭由古生代植物遗体经地质作用形成，主要分布于古生代成煤期（如石炭纪、二叠纪）的煤盆地中。我国煤炭资源以晋陕蒙地区为主，占全国总量的63.5%

2.盐城作为化石能源较为充裕的城市，自然遵从着能源的时间结构，化石能源利用完不能再生，因此必须找到可循环利用的路径。

四、主要利用方法

化石能源的利用方法多样，主要包括燃烧发电、交通燃料和工业生产三大领域。近年来，随着"双碳"目标的推进，化石能源的利用方法正向清洁高效方向转型。

• 1. 煤炭利用方法：
  • · 发电领域：超超临界机组供电煤耗降至264克/千瓦时，较传统机组降低10克/千瓦时以上，年减排CO₂约30万吨 ^【14】
  • · 煤制氢：煤气化制氢成本约12.3元/kg，内蒙古地区可降至3.8元/kg；含CCUS的煤制氢成本约为20元/kg ^【15】
  • · 煤化工：煤基合成燃料、煤制烯烃等技术发展迅速，如DCC技术可将重油转化率提升至85%以上，三烯产率达45%以上^【16】
• 2. 石油利用方法：
  • · 炼化技术：催化裂化(ARGG/DCC)技术提升丙烯产率至21.55%，精制柴油产率提高至53.36万吨/年 
  • · 交通燃料：乙醇汽油混合技术推广，重油催化裂化技术优化
  • · LNG运输：液化天然气技术发展，长距离运输能力提升
• 3. 天然气利用方法：
  • · 发电领域：联合循环发电(CCGT)效率达55-60%，热电联产效率达65-70%，冷热电三联产效率达80%以上 ^【17】
  • · 掺氢技术：天然气掺氢比例可达24%，30%掺氢可使燃气轮机效率提升至63%以上 
  • · 化工原料：天然气制氢、甲醇等化工产品，为化工产业提供低碳原料

技术发展趋势呈现清洁化、低碳化和智能化三大方向：^【18】

• 1. 清洁高效燃烧技术：
  • · 东方电气700℃超超临界机组，发电效率达50%，较常规机组煤耗下降15%
  • · 超低排放改造全面覆盖，现役机组脱硫、脱硝、除尘效率分别达到98%、95%和99.9%以上 
• 2. 碳捕集利用与封存(CCUS)技术：
  • · 中国华能集团示范项目捕集成本降至35美元/吨，2030年规模化推广后成本或降至150元/吨 
  • · 天然气制氢+CCUS技术应用，如克拉玛依石化每年可回收液体二氧化碳5万吨 
• 3. 灵活调峰技术：
  • · 煤电深度灵活调峰技术，最小稳定出力从50%降至30%以下，爬坡速率提升至每分钟5-10% 
  • · 燃气轮机启停次数持续增长，江苏、上海和浙江等地年平均启停达300次以上 

利用方法的创新也推动了能源系统整体效率的提升。例如，超超临界CO₂发电技术有望将效率提升至55%以上；"风光氢储一体化"项目通过产业链上下游整合，实现资源优化配置与协同发展 。

不同能源利用方法的经济性差异显著。根据成本分析，2025年中国绿氢成本约2.8美元/kg，蓝氢成本约2.9美元/kg，灰氢成本约1.8美元/kg 。这种成本差异将影响未来能源利用方法的选择和推广。^【19】 

五、转化效率

化石能源的转化效率是衡量其利用水平的关键指标，也是能源转型的重要着力点。根据最新研究数据，三大化石能源的转化效率及其提升路径如下：

• 1. 煤炭发电效率：
  • · 传统燃煤机组效率约35-40%，超临界机组效率约42-44%，超超临界机组效率达50%以上 
  • · 中国超超临界机组占比已超过70%，2025年煤电度电煤耗将降至290克/千瓦时以下 ^【20】
  • · 未来发展方向：超临界CO₂发电技术(效率55%以上)、CCUS技术(捕集率90%以上) ^{【21】【22】}
• 2. 石油炼化效率^【23】：
  • · 中国2023年成品油收率60.12%，化工轻油收率21.39% 
  • · 2025年轻质油收率目标73%，与发达国家水平(80%左右)仍有差距 
  • · 未来发展方向：催化裂化技术优化(丙烯产率21.55%)、炼化一体化(减少成品油比例，增加化工原料比例) 
• 3. 天然气发电效率：
  • · 简单循环燃气轮机效率35-42%，联合循环机组效率55-60% 
  • · 未来发展方向：掺氢技术(30%掺氢效率超63%)、热电联产(效率65-70%)、冷热电三联产(效率80%以上) ^【24】

转化效率提升的关键路径包括技术升级、工艺优化和系统整合：

• 1. 技术升级：
  • · 煤电领域：超超临界机组占比从2020年的40%提升至2025年的60%以上，供电煤耗从310克/千瓦时降至290克/千瓦时以下 ^【25】
  • · 石油炼化领域：催化裂化技术优化，如ARGG工艺使液化气与油品总产率可达80-90% 
  • · 天然气发电领域：掺氢技术突破，如浙能集团1.5兆瓦样机在天然气、掺氢及纯氢工况下的热效率超过28% 
• 2. 工艺优化：
  • · 煤电灵活性改造：使机组最小稳定出力从50%降至30%以下，爬坡速率提升至每分钟5-10% 
  • · 炼油工艺调整：减少成品油收率(从75%降至60%以下)，增加化工轻油收率(从20%增至25%以上) 
  • · 天然气管道掺氢：如宁夏项目氢气比例已逐步达到24%，为大规模氢能运输提供技术支撑 
• 3. 系统整合：
  • · "煤电+储能"模式：上海电气开发的煤电+储能联合调频系统，调节速率提升5倍 
  • · "风光氢储一体化"项目：通过产业链上下游整合，实现资源优化配置与协同发展
  • · 氢能管道运输：中国石油用现有天然气管道长距离输送氢气的技术突破，解决氢能运输难题 

化石能源参考资料：

1. https://www.zhihu.com/question/666679967/answer/3620686792#:~:text=%E5%8C%96%E7%9F%B3%E8%83%BD%E6%BA%90%E5%BE%80%E6%A0%B9%E4%B8%8A%E6%89%BE%EF%BC%8C%E8%BF%98%E6%98%AF%E5%A4%AA%E9%98%B3%E8%83%BD%EF%BC%8C,%E4%BB%A5%E6%9%A5%E5%AF%B9%E5%8C%96%E7%9F%B3%E8%83%BD%E6%BA%90%E5%BD%A2%E6%88%90%E4%BA%86%E8%B7%AF%E5%BE%84%E4%BE%9D%E8%B5%96%E3%80%82

2.https://vt.quark.cn/blm/quark-doc-compassjs-559/preview?id=76256E1AAB364E3AD7F03D5A25287E54&fp_from=academic_search

3.https://vt.quark.cn/blm/quark-doc-compassjs-559/preview?id=84E1D7122AAFF883093FD0915F346EF9&fp_from=academic_search

4.https://vt.quark.cn/blm/quark-doc-compassjs-559/preview?id=21BAD5645D33250729068CB6B7938031&fp_from=academic_search

5.https://vt.quark.cn/blm/quark-doc-compassjs-559/preview?id=C123B5D38F4922DE30CCE75186B15AB2&fp_from=academic_search  

6.https://vt.quark.cn/blm/quark-doc-compassjs-559/preview?id=36B4261C4C797EB0DABC8C42C5DE0185&fp_from=academic_search

7.http://www.kyb.cgs.gov.cn/dxqy/202004/t20200402_605370.html#:~:text=%E4%B8%80%E3%80%81%E8%83%BD%E6%BA%90%E5%82%A8%E9%87%8F%0A2014%E5%B9%B4%EF%BC%8C%E4%B8%89%E5%A4%A7,5.8%25%EF%BC%9B%E4%B8%AD%E5%8D%97%E7%BE%8E%E6%B4%B2%EF%BC%8C%E5%8D%A0%E6%AF%945%25%E3%80%82 

8.https://www.sohu.com/a/902941266_121848672#:~:text=%E4%BB%8A%E5%A4%A9%E5%88%86%E4%BA%AB%E7%9A%84%E6%98%AF%EF%BC%9A2025%E5%B9%B4%E9%87%91%E7%A0%96%E5%9B%BD,%E5%92%8C%E5%9C%9F%E5%9C%B0%E5%88%A9%E7%94%A8%E5%8F%98%E5%8C%96%E5%B8%A6%E6%9D%A5%E7%9A%84%E7%8E%AF%E5%A2%83%E6%8C%91%E6%88%98%E3%80%82 

9.https://vt.quark.cn/blm/quark-doc-compassjs-559/preview?id=801ECE98EFBBD17099978150E5374AD2&fp_from=academic_search 

10.https://vt.quark.cn/blm/quark-doc-compassjs-559/preview?id=39768CC3B752AD22AB8F4896E6416B64&fp_from=academic_search

11.https://vt.quark.cn/blm/quark-doc-compassjs-559/preview?id=4CF5D33FF97103F62E8D5868FA804C1D&fp_from=academic_search

12.https://vt.quark.cn/blm/quark-doc-compassjs-559/preview?id=8B211A27DB93FFDBAD53C62CF626B814&fp_from=academic_search

13.https://vt.quark.cn/blm/quark-doc-compassjs-559/preview?id=ADA6D4220DAAB405AFAF0BA42ED825B7&fp_from=academic_search

14.http://www.sasac.gov.cn/n4470048/n13461446/n14398052/n16460319/n16460365/c16507042/content.html

15.https://finance.sina.cn/2025-08-04/detail-infiuytv5730806.d.html#:~:text=3.3%20%E3%80%80%E5%8F%91%E5%B1%95%E6%A8%A1%E5%BC%8F%E4%BC%98%E5%8C%96%0A%E9%87%87%E7%94%A8%E4%BA%A7,%E5%B7%A5%E4%BA%A7%E4%B8%9A%E5%AD%98%E5%9C%A8%E5%B7%A8%E5%A4%A7%E7%9A%84%E7%BB%BF%E6%B0%A2%E6%9B%BF%E4%BB%A3%E7%A9%BA%E9%97%B4%E3%80%82

16.https://baike.baidu.com/item/DCC/7219175#:~:text=%E9%87%8D%E8%B4%A8%E6%B2%B9%E5%82%AC%E5%8C%96%E8%A3%82%E8%A7%A3%E5%88%B6%E7%83%AF%E7%83%83%E6%8A%80%E6%9C%AF%0ADC,%E9%99%90%E5%85%AC%E5%8F%B8%20%EF%BC%8E2025-05-25

17.https://www.baike.com/wikiid/4350835448997157296?from=wiki_content&prd=innerlink

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23.https://www.sohu.com/a/901707336_559891#:~:text=%E5%AF%BC%E8%AF%AD%EF%BC%9A%E5%8D%81%E4%B8%89%E4%BA%94%E5%BC%80%E5%A7%8B%EF%BC%8C%E6%9F%B4%E6%B2%B9%E6%B6%88%E8%B4%B9%E7%8E%87%E5%85%88,%E5%B0%86%E6%88%90%E4%B8%BA%E8%B0%83%E4%BB%B7%E5%9B%BD%E5%86%85%E4%BE%9B%E9%9C%80%E7%9A%84%E6%9C%89%E6%95%88%E6%89%8B%E6%AE%B5%E3%80%82

24.http://www.china.com.cn/news/2023-04/16/content_85232408.htm#:~:text=%E4%BB%8A%E5%A4%A9%EF%BC%884%E6%9C%8816%E6%97%A5%EF%BC%89%EF%BC%8C%E4%B8%AD%E5%9B%BD%E7%9F%B3%E6%B2%B9%E5%AF%B9,%E5%9B%A0%E6%AD%A4%E8%BF%99%E4%BA%9B%E6%B0%A2%E6%B0%94%E4%B9%9F%E8%A2%AB%E4%B8%9A%E5%86%85%E5%8F%AB%E5%81%9A%E7%81%B0%E6%B0%A2%E3%80%82

25.https://paper.people.com.cn/zgnyb/html/2015-06/15/content_1577432.htm#:~:text=%E7%BB%9F%E7%AD%B9%E8%80%83%E8%99%91%E7%85%A4%E7%82%AD%E8%B5%84%E6%BA%90%E3%80%81%E6%B0%B4%E8%B5%84%E6%BA%90%E3%80%81%E7%8E%AF%E5%A2%83,%E5%8F%8A%E5%85%B6%E4%BB%96%E6%B1%A1%E6%9F%93%E6%8E%A7%E5%88%B6%E6%8A%80%E6%9C%AF%E5%BC%80%E5%8F%91%E5%92%8C%E5%BA%94%E7%94%A8%E3%80%82 

Part5 氢能

一、 能量密度分析

质量能量密度：氢气的低热值约为 120 MJ/kg，这一数值是汽油的3倍，锂离子电池的200倍以上，在常见能源载体中位居首位。

体积能量密度：此为氢能应用的核心挑战之一。以高压复合储氢罐技术为例进行估算：

在 70 MPa 的工作压力下，氢气的体积能量密度约为 5.6 MJ/L。作为对比，汽油的体积能量密度约为 32 MJ/L。

二、空间分布分析

氢能的空间分布特性不依赖于地缘政治，而取决于其制备所需的一次能源分布。

本项目选址于江苏盐城，该地区是黄海之滨的重要城市，拥有丰富的太阳能与风能资源。

此地理优势使得利用本地可再生能源进行规模化电解水制氢成为可能。

三、时间分布分析

氢能是解决可再生能源间歇性与实现长期储能的关键技术。

通过将夏季丰沛的太阳能或非连续的风能转化为氢气储存，可以有效地在冬季或无风时期释放，用于发电或供热，从而平衡能源供需在时间尺度上的巨大波动，保障能源系统的全年稳定供应。

四、利用方法

本系统构建了一个完整的“风光-电-氢”能源循环，并衍生出两条主要的利用路径。

制备：采用效率可达 90% 的先进质子交换膜电解水技术，将可再生能源电力转化为绿色氢气。

储存：选择高压复合储氢罐或低温液氢等技术进行高密度储存。

转化利用：

1. 高效发电路径：氢气通入基于锂-氢气电池技术的发电系统，其充放电循环效率经实验室验证可达 99.7%，实现氢气化学能到电能的高效转换。

2. 热能供应路径：氢气通过催化燃烧或在高效锅炉中直接燃烧，将化学能转化为热能。此路径可用于区域供暖、工业加热等高品位热需求场景。氢能燃烧产物为水蒸气，实现本地零碳排放。

五、 转化效率

针对上述两条不同的利用路径，其全链条能量转化效率对比如下：

路径一：“电-氢-电”储能路径

效率计算：90% (PEM电解) × 99.7% (Li-H电池) = 约89.7%。

该数据表明，此路径的整体效率已可与大型抽水蓄能及先进电化学电池系统相媲美，同时保留了其大规模、长周期储能的独特优势。

路径二：“电-氢-热”供热路径

效率计算：90% (PEM电解) × 85% (氢燃烧热效率) = 约76.5%。

分析：尽管效率低于发电路径，但此路径直接提供难以大规模电能化的高品位热能，且全流程清洁高效，是满足多元化能源需求的重要补充。

Part6 地热能

一、能量密度

盐城属于苏北盆地，地热资源以 中低温热水（40–90℃） 为主，单井热功率一般在 数百千瓦至数兆瓦热功率。与煤炭、天然气相比能量密度低，但胜在储量可再生、可持续。^【1】

• · 中低温地热能更适合直接供热与热泵应用。
• · 在全球范围内，地热能的直接供热利用规模（≈205 TWh/年）已显著超过地热发电（≈97 TWh/年），显示低品位热的大规模应用价值 。^【2】

二、空间分布

• · 区域分布：地热资源主要集中在盐城市大丰区、滨海县、建湖县等地，属于盆地构造有利区，地温梯度相对较高（约 3℃/100m）。
• · 开发形式：地热资源呈现“点状井场+区域供热管网”的格局，适合在城市新区、园区或大学城集中开发利用。^【3】
• · 潜在扩展：可结合油气废弃井进行“深层直供热（DDU）”或闭环换热，扩大利用范围。^【4】

三、时间分布

• · 地热能属于 稳定的基荷能源，全年可持续利用。
• · 通过 “等量同层回灌”，可维持储层压力，保障长期供热稳定性。
• · 相比风能和光伏，地热能不受昼夜和季节波动影响，具备“24小时不间断”优势。^{【5】【6】}

四、利用方法

A. 直接供热（成熟应用）^【7】

• · 通过换热站供暖、生活热水、温泉康养。效率高、经济性好。

B. 地源热泵（GHP）

• · 盐城地下水和浅层地温条件适合地源热泵。典型 COP 值约 3–4.5，若采用两级压缩或喷射增焓，可提升至 5 左右。

C. 工业/农业应用

• · 工业中低温工艺热、温室采暖、恒温养殖。

D. 低温发电（实验室与前沿技术）

• · 有机朗肯循环（ORC）：在 120–180℃ 热源下，效率约 6–12%。
• · 双级 ORC、混合工质 ORC：可提升 10–30% 输出效率。
• · 卡林那循环（Kalina）：适合低中温段，效率略高于 ORC，但设备复杂。^【8】

E. 前沿技术（实验室/示范阶段）

• · 闭环地热系统（CLGS）：不抽取热水，仅换热，解决回灌难题。Eavor-Loop™ 已有商业示范。^【9】
• · CO₂ 域地热（CPG）：利用二氧化碳替代水作为工质，兼具地热取能与碳封存功能，实验室模拟显示潜在高效率。

五、转化效率

• · 直接供热：综合效率 70–90%，若配合多级利用，可提升 10–30%。^【10】
• · 地源热泵：COP ≈ 3–4.5，高温热泵（供 70–90℃ 热水）COP ≈ 2.2–3.0。^【11】
• · 低温发电（ORC/Kalina）：常规 ORC 6–12%，双级 ORC 或 Kalina 提升至 12–15%。
• · 前沿闭环地热+先进工质循环：实验室模拟显示效率可再提高 20–40%，但尚处试验阶段。

地热能参考资料

1.盐城市矿产资源总体规划（2021-2025年） http://bdhyzh.com/www/module/download/downfile/classid/0/filenam/547ef32cb9d86a0.p.pdf

2.REN21 Renewable Status Report 2024 https://www.ren21.net/reports/global-status-report

3.盐城地热资源特征研究，地质调查期刊 https://zgdzdc.xml-journal.net/cn/article/id/441

4.NREL & Stanford Deep Direct-Use（DDU）项目报告 https://www.nrel.gov/docs/fy17osti/66450.pdf

5.盐城市绿色能源行动方案（2023年） https://www.ourjiangsu.com/a/r/c/20230424/1682318602985.shtml

6.中国地热能发展报告 2022 https://www.nea.gov.cn

7.International Renewable Energy Agency (IRENA) Geothermal Technology Brief https://www.irena.org/geothermal

8.Kalina Cycle overview https://www.sciencedirect.com/topics/earth-and-planetary-sciences/kalina-cycle

9.Eavor Technologies (CLGS 案例) https://eavor.com

10.https://orkustofnun.is/gogn/unu-gtp-report/UNU-GTP-2010-12.pdf

11.https://www.energy.gov/energysaver/geothermal-heat-pumps