可持续摆烂研究所

能源细节设计（2）

摆【2025】第 0001 号

二级能源

总览

目标：

电力：7.5*10⁶kwh

氢储能：1*10⁶kwh

生物燃料：1.5*10⁶kwh

应用：

电力：各种电子设施

生物燃料：工业燃料；工业原材料；长距离交通工具燃料；应急物资

氢能：过剩电力产物；电力不足时用于供电；便捷的燃料

细节设计

电力供给

电力传输：

• 1. 超导传输，减少损耗。

只能在低温或高压情况下实现。

（目前而言，超导还没有用于生产，仅在实验室实现。但背景是200年后的世界，不知道可否许可这种技术用于实际。）

• 2. 无线传输，方便生活。

分为电磁感应、磁共振、微波三种方式应对不同场景，以额外的损耗带来更高效的生活与工作

电力管理：

• 1. 分布式能源的应用

我们城市有部分能源由太阳能提供。太阳能发电设施分布在城市建筑上。太阳能生产之后，立即用于建筑内的生产生活，减少因为传输带来的损耗。

• 2. 直流微型电网

配合分布式能源，对于部分用电器具建立直流电网，太阳能发电设施产生的直流电立刻应用于这些电器中，减少因为直流交流转化带来的损耗。

• 3. AI智能化管理。

AI基于全域传感器数据和AI预测，实时自动调整电力网络中的智能开关、无功补偿装置和变压器分接头，并智能根据生活实际调整各用电器功率，最大程度减少损耗。

电网调节：

为应对电力波动，即电力供给突然变少时提供电力，电力供给变多的时候提供电力，在时间维度上有三种模式

• 1. 秒级

超导电磁储能。超导磁储能技术利用变流器将电能存储在超导线圈中，必要时再将超导线圈贮存的电能释放的技术。超导磁储能利用超导线圈在超导状态下电阻几乎为零的特性，电流密度高，热损耗极低，具有响应速度快的优势。超导电磁储能能量密度为0.5-1.5Wh/kg，效率为95%，持续放电时长为3-8秒

• 2. 分钟

液流电池。液流电池就是利用电化学反应制作的储能设施。其中全钒液流电池安全性高、深度放电能力强、污染少。能量密度为10-30wh/kg，效率为65%-70%，持续放电时间可达10h。

• 3. 数小时、数日

电解水制氢技术和生物质能热电解耦技术，技术见下方。

李允超, 宋华伟, 马洪涛, 王宝玉, 薛福. 储能技术发展现状研究[J]. 发电技术, 2017, 38(4): 56-61. 

LI Yun-chao, SONG Hua-wei, MA Hong-tao, WANG Bao-yu, XUE Fu. Research on the Development of Energy Storage Technology[J]. Power Generation Technology, 2017, 38(4): 56-61.

氢能生产

直接生产：

太阳能热化学制氢。太阳能热化学制氢技术是借助太阳能集热器通过反射、吸收等方式收集太阳能，然后将收集的太阳能转化为热能，利用热能制取氢气，实现太阳能到化学能的转变。整个制取氢气的过程只需要热量和水的输入，并且十分迅速。

采用一种名为UT-3循环制氢的方法，热效率可达40%。

过剩电力生产：

电解水制氢。光伏发电电解水制氢技术原理是将光伏组件产生的电能供给电解槽系统，进而电解水制氢。耦合地热发电等方式，可以提高制氢的经济性。地热−氢能系统将地热发电产生的电能通过电解池转变为氢气，实现电能与氢能的耦合，产出的氢气不仅能够满足化工园区氢气需求，还能储存于储氢罐中，并可通过燃料电池逆向转化为电力，进而实现多能源协同转换与高效利用。通过建立双层优化模型、系统机理模型及运用工业求解器与优化算法等，实现系统优化、提出新型系统构建方案，并对其可行性进行探讨。具体而言，碱性电解制氢的温度范围为 70~90 °C，质子膜电解制氢的温度为 50~80 °C，与中浅层地热(80~150 °C)部分匹配

李建林,梁忠豪,李光辉,等.太阳能制氢关键技术研究[J].太阳能学报,2022,43(03):2-11.DOI:10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-0037.

地热−氢能系统：通过耦合地热发电等方式，提高制氢的经济性。地热−氢能系统将地热发电产生的电能通过电解池转变为氢气，实现电能与氢能的耦合，产出的氢气不仅能够满足化工园区氢气需求，还能储存于储氢罐中，并可通过燃料电池逆向转化为电力，进而实现多能源协同转换与高效利用。通过建立双层优化模型、系统机理模型及运用工业求解器与优化算法等，实现系统优化、提出新型系统构建方案，并对其可行性进行探讨。具体而言，碱性电解制氢的温度范围为 70~90 °C，质子膜电解制氢的温度为 50~80 °C，与中浅层地热(80~150 °C)部分匹配。

路诗梦,孙建林,曾凡杰,等.零碳地热能综合利用技术研究进展[J/OL].发电技术,1-14[2025-10-19].https://doi.org/10.12096/j.2096-4528.pgt.25046.

氢能储存

有机液态储氢。有机液态储氢技术在常温常压的条件下以液态形式储存，能够实现 5wt%以上的储氢密度，且储氢介质的物理性质与汽油类似，可以便捷地利用现有的油气储运体系进行规模化运输，且运输过程中氢气损失较小，方便又安全。[1]梅琦,王晓东,马精键,等.有机液态储氢技术在川藏地区的应用前景[J].天然气技术与经济,2025,19(03):76-82.DOI:CNKI:SUN:TRJJ.0.2025-03-011.

盐穴储氢。洱源县盐矿资源丰富，是云南省重要的盐业生产基地之一，境内乔后盐矿为当地历史悠久的大型盐矿，也是云南四大盐矿之一。

盐穴储氢是利用天然的盐穴(如岩盐层)或人工溶解盐层形成的空洞来大规模储存氢气的技术。盐层因其优异的结构稳定性和极高的密封性，为氢气提供一个安全、封闭且稳定的储存环境，从而有效防止氢气泄漏，并能够在高压条件下进行储存。 

位于英国Teesside的储氢库由3个盐穴组成，建造时间最早，现已运行50年，拥有超过2×104m3的储存容量，能够存储纯度约为95%的氢气。张博轩,郭思宇,郭铠毅,等.盐穴储氢技术的发展现状与挑战[J].中外能源,2025,30(09):32-39.DOI:CNKI:SUN:SYZW.0.2025-09-005.

生物燃料生产

上游过程：培养与转化

资源整合：如图左侧所示，将需要处理的工业废热（如发电厂、化工厂的冷却水）和富含CO₂的废气直接注入嗜热藻类的光生物反应器。

核心反应：藻类在反应器中利用废热和废气，在阳光下进行光合作用，快速生长并积累油脂。

下游过程：加工与提炼

收获与提取：培养完成后，收获藻体，并通过破碎细胞提取其内部积累的脂质（油脂）。

生物燃料制造：提取出的油脂通过酯交换反应，可以转化为标准的生物柴油，或通过更先进的加氢处理工艺生产可再生航空燃料。

副产品与残留物利用：提油后剩余的藻渣（富含蛋白质和碳水化合物）仍有很高价值。如图所示，它可以通过：

厌氧消化：产生沼气（主要成分为甲烷），可用于发电或产热。

水热液化：在高温高压下，将整个藻渣或剩余生物质直接转化为生物原油，进一步加工成燃料。

创新技术

光合微生物制氢

光合微生物制氢只需以水为原料，利用太阳能，借助微生物的强大的光合机制，在细胞核中编码酶（氢化酶和固氮酶）的存在下产生氢。该类微生物包括微藻和光合细菌2种

地热能辅助的生物质

地热加热厌氧消化利用地热低温（50-70°C）优化嗜热厌氧菌（如Caldicellulosiruptor）分解纤维素生产沼气（甲烷）。地热稳定供热，避免传统消化池性效率波动。应用：冰岛Hellisheidi地热电站的试点项目，结合农业废弃物产甲烷。将废弃油气井改造为地热井，为有机废物的厌氧消化过程提供所需热能，生产生物沼气。意大利Irminio油田案例：年处理3.5万吨有机废物，产气量596 m³/h，年减排CO₂ 312吨

生物质能热电解耦技术

针对生物质热电联产系统热电耦合性强的问题，研究适用于生物质能的热电解耦技术。在传统热电解耦技术的基础上，引入智能控制算法，实现对蓄热罐充、放热过程更为精准的调控。根据实时监测的生物质燃料供应、电负荷和热负荷等数据，智能算法可动态调整蓄热罐的运行模式。当生物质燃料供应充足且电力负荷较低时，系统自动加大蓄热罐的储热功率；当生物质燃料供应不足或电力负荷处于高峰时段时，精准控制蓄热罐的放热速率，确保电、热的稳定供应。）电动热泵与生物质能结合。在电力负荷高峰时段，将电动热泵由电驱动改为蒸汽驱动，以减少电负荷。在电力负荷低谷时段，将电动热泵由蒸汽驱动改为电驱动，提高系统的灵活性。以生物质热电联产机组 Z 为例，电动热泵的应用使机组对电网调峰的响应能力提高了 25%~30%。[1]孙卫华.基于生物质能的热电联产系统优化运行与协同控制[J].山东电力高等专科学校学报,2025,28(03):56-59.

光热与生物质实现电-氢协同生产

结合光热与生物质实现电-氢协同生产。基于此构建的光热-生物质联合制氢厂（solar-thermal and biomass integrated hydrogen production plant，STBIHPP）可以同时实现发电与制氢。STBIHPP 运行框架为实现可再生资源的高效利用，构建了一种 STBIHPP 框架。系统主要由气化炉、PSA装置、储氢罐（hydrogen storage tank，HST）、燃气轮机（gasturbine，GT）、换热器、生物质辅助制氢电解槽、光热发电系统构成。其中，光热发电系统采用槽式熔盐技术，由槽式镜场、透平-发电机、热盐罐、冷盐罐、冷凝器、换热器和蒸发器构成。GT产生的余热可提高光热发电系统的发电能力。最后，经过光热发电系统的余热可供给电解槽的热能消耗。[1]谭洪,朱建川,关苏敏,等.市场环境下光热-生物质联合制氢厂双层优化运行模型[J].电力系统自动化,2025,49(16):43-51.

 智能电网

智能电网作为未来电力系统的发展方向，融合了先进的技术和科学的管理模式，具有广阔的发展前景和巨大的应用价值。通过通信技术、测量技术、控制技术等关键技术的应用，智能电网实现了电力系统各环节的智能化运行和管理，提高了能源利用效率，增强了电网的可靠性和稳定性，促进了可再生能源的大规模接入和消纳。同时，科学合理的管理模式，包括运营管理、风险管理和市场管理等，确保了智能电网的稳定运行和高效运营。[1]倪滢蓥,张国志,李丰男,等.智能电网的技术和管理[C]//吉林省电机工程学会.2025年吉林省电机工程学会年会论文集.国网吉林省电力有限公司长春市双阳区供电公司;,2025:290-293.DOI:10.26914/c.cnkihy.2025.053404.