本细节设计分为两部分，第一部分包括能量密度、空间分布和时间分布，第二部分包括能量利用和占比的计算证明

Part 1

能量密度

风能

总体而言，青岛有效风能密度约为 240.3瓦/平方米，年有效风能利用时间长达 6485小时。

风能可分为海上风电和陆地风电：海上风电，三峡青岛一期项目：年等效满负荷小时数 3217.5小时；陆地风电，根据山东省的总体估计，70米高度月平均风功率密度 超过300W/㎡，100米高度年平均风功率密度区域平均值 223.8W/㎡

参考文献：三峡青岛一期3000MW海上风电项目

《青岛年鉴（2019）》青岛市政府 青岛年鉴社 P75

《全国风能资源评价报告（2025年6月）》 华风创新研究院

波浪能

1、山东半岛南部海域（包括青岛、日照附近海域）的年平均波浪能流密度在 4.0 - 7.0 kW/m左右。

◦ 报告中通常会包含资源分布图，从图上可以判读出，青岛以东离岸约20-50公里的海域，能量密度普遍处于这个范围，部分区域可能超过 8.0 kW/m【1】。

2、基于长时间序列的卫星数据和数值模拟（如SWAN模型），研究【2】显示青岛海域的波浪能资源具有明显的季节特征。

1）冬季（11月-次年2月） 能量密度最高，月平均值可达 8 - 12 kW/m。

2）夏季（6月-8月） 能量密度最低，月平均值通常低于 2 kW/m。

3）全年平均值 约为 4.5 - 6.0 kW/m。

3、1）通过对1993-2015年的数据模拟分析，指出在青岛东南方向的一个代表性点（例如东经121.5°，北纬36°），年平均波浪能流密度为 5.8 kW/m【3】。

2）论文同时给出了有效储量和蕴藏量的计算，表明该区域是山东半岛最具开发潜力的区域之一。

参考资料：

【1】《我国海洋能资源储量与分布研究》第3章 波浪能资源分布

【2】《中国近海波浪能资源评估》

【3】《海洋科学进展》2020年的论文《山东半岛邻近海域波浪能资源时空分布特征》第3页到第5页。

潮汐能

由于地理位置和海底地形的影响，青岛的潮位变化较为显著，潮差范围大约在0.5m~4m， 西部（中国大陆沿岸）潮差一般为2～4米，流速东部大于西部。【4】现有数据表明西岸最大处可能可以达到2m以上（小洋口2.6m，黄海南部；老铁山水道2.5m，渤海湾口）,较小处大概0.5m左右（莱州湾），故取约1m/s。【1】【2】【3】 根据以上数据，从潮汐势能和动能的角度来计算，潮汐能量密度大约1.73kw/m^2【2】。注意这个数据纯粹是自然资源，没有经过人为收集利用。

参考资料：

【1】高飞，李广雪，乔璐璐，山东半岛近海潮汐及潮汐、潮流能的数值评估，2012

【2】刘爱菊，尹逊福，卢铭，黄、渤海潮汐能的估算，黄渤海海洋，1984-2-1

【3】袁帅，袁鹏，司先才，谭俊哲，王树杰，刘小栋，基于ＦＶＣＯＭ 的渤、黄海潮汐潮流数值模拟，海洋湖沼通报，2020-2

【4】百度百科，黄海

太阳能

青岛近年日照时数 （数据来源：国家统计局）

七年平均：2287.3h（我不知道为什么青岛市情网上这个数据是2500）

黄岛区年均太阳能能源密度 （数据来源：Global Solar Atlas、PVGIS）

备注：单位面积光伏发电量为建设大型光伏电场的最主要参数，但是它受技术影响较大。它的单位代表“每单位装机容量所产生的电量”。

总水平辐照度指照射到水平地面上的所有太阳辐射总量（包括直射和散射）。

法向直射辐照度指直接从太阳方向照射到与太阳光线垂直的表面上的辐射量

散射辐照度指太阳光经过大气中的云、尘埃等散射后，从各个方向到达地面的辐射量。

核能

核能的能量密度极高。根据世界核协会数据，1公斤铀-235完全裂变释放的能量约为 24,000,000 kWh。考虑到核电站约33%的热电效率，1公斤铀-235实际可发电约 8,000,000 kWh。这意味着，为满足全年3.6 GWh（根据人均年耗推算）的核能发电量，理论上仅需约 0.45公斤 的高浓缩铀。（实际上，商业反应堆使用低浓缩铀，燃料消耗量会大一些，但每年也仅需数公斤级别，其体积和重量远小于其他任何能源形式）

化石能源

由于青岛黄岛本地煤和天然气储量基本没有，而黄岛属于胜利油田极边缘地区，有少量的石油。而化石能源只占总能源的很小一部分，因此我们决定采用携带一定量化石能源应急（或化工原料），同时等到新世界后再去青岛市开采部分石油（大概率不会，能耗太高）。

现在考虑带什么，由于我们是百万立方，应以每体积的能量密度为比较标准。

石油（以原油为例）：约37000MJ/m^3【1】

煤炭：约24000-35000MJ/m^3【2】

液化天然气：约22000-23600MJ/m^3【3】

结论：石油>煤炭>液化天然气

参考文献：

1. Oak Ridge National Laboratory. (2022). Transportation Energy Data Book. Edition 40. https://tedb.ornl.gov/wp-content/uploads/2022/03/TEDB_Ed_40.pdf
2. U.S. Energy Information Administration (EIA). "Heat Content of Common Energy Sources".https://www.eia.gov/energyexplained/units-and-calculators/british-thermal-units.php
3. GIIGNL. (2023). The LNG Industry GIIGNL Annual Report 

空间分布

风能

青岛的风能资源在空间分布上有一个非常显著的特点：主要优质资源集中在沿海区域，并形成了一条清晰的"海上-沿岸-内陆"分布带。海上：三峡青岛一期3000MW海上风电项目是一个标志性工程，其场址位于青岛东南部海域，规划容量高达3000MW。陆上：青岛的即墨区鳌山湾一带是陆上风能资源最丰富的区域。受崂山余脉和海岛地形的影响，这里形成了长达60多公里的狭长"疾风带"，风能密度高且稳定，除了沿海地带，青岛的黄岛（西海岸新区）、平度、莱西等地也建设了风电场，拥有不错的风能资源。

参考文献：三峡青岛一期3000MW海上风电项目

       中国能源报 2020年10月26日 山东即墨：沿海“风电长廊”推动绿色发展

波浪能

波浪资源从东南向西北方向递减，等值线大致与海岸线平行，朝连岛是资源核心区，其年平均密度最高可达6kw/m左右，已达到具有良好开发价值的水平。

潮汐能

整体分布不均匀，青岛市海域东部较浅（16.4m），西部较深（45.8m）,【4】一般较浅的地方潮流流速较大，因此东部（靠近陆地）潮汐能源比西部大；同时特殊的地形会对潮汐能源分布产生影响（海湾内流速相对较小，海峡、水道里会较大）。基于这几点，青岛西海岸新区应该有比较丰富的潮汐能源。

太阳能

太阳能受到纬度、海拔、气候等多方面因素的影响，因此太阳能分布相当不均。不过在地形相对平坦且较小的区域内，太阳能变化不大。

       在山东范围内，青岛作为一个沿海城市，拥有较长的日照时间；气候以温带季风气候为主，夏季阳光强烈，冬季较少降水，太阳能资源总体丰富。

       青岛范围内，其北部地区太阳能略丰富（但没丰富多少），主要是平度、莱西、即墨地区。黄岛区太阳能资源在青岛属中等偏上。

   世界太阳能空间分布（数据来源：Global Solar Atlas）

核能

   世界铀资源空间分布（数据来源：国际电力网）

时间分布

风能

青岛风能呈现出明显的季节变化、月变化和日变化特征。春季平均风速最高，秋季次之。虽然春季平均风速大，但冬季（9月至次年2月）受强冷空气影响，6级以上大风的天数最多。

月平均风速呈 "两峰一谷" ；4月平均风速最大，12月风能达到最高值，5月风能最低。下午时段更易出现大风；陆地午后风速较大，海上夜晚风能更丰富。总的来说，青岛的风能在春季和冬季最为丰富，夏季相对较弱。在一天之内，陆上午后风速较大，而海上夜晚风能更佳。

参考文献:      海洋预报      2003, 20(3)   P424《青岛百年气压与风场统计特征分析》 颜梅; 徐勤爱; 邵滋和;

波浪能

该研究对山东半岛邻近海域（包含青岛海域）1993-2015年的波浪数据进行了分析。下图模拟了该论文中一个代表站点（如青岛东南部，东经121.5°，北纬36°）的月平均波浪能流密度变化情况：

2、波浪能按季节分布表格【5】

【4】学术论文《山东半岛邻近海域波浪能资源时空分布特征》，来源于期刊《海洋工程》

【5】《中国海洋能资源调查报告》40页-50页中图4-2 中国近海波浪能流密度季节分布

潮汐能

时间分布不均匀。青岛市的潮汐类型属于半日潮，一个潮汐周期约为12小时25分钟。【4】【5】每次潮汐分为涨潮落潮，因此大约一天发电4次（按照传统潮汐电站双向发电）。日际、月际、年际变化均较大，（注意到农历月里面初一、十五两日会有大潮，初七、二十三会有小潮，此外还受到天体运行到不同位置带来的引力也不一样，潮高受影响）

【4】百度百科，黄海

【5】Xiaokcehui，渤、黄海的潮汐特征，知乎

太阳能

黄岛区太阳能时间分布（KJ/m²·day） （数据来源：资环数据网）

总体上春夏太阳能较为丰富，冬季略低。所以我们的可利用时段主要集中在春夏，不过秋季也可以利用。

核能

核能基本不受时间限制。

据此可以根据其他能量的产出进行多模态发电，利用AI实时预测波浪能、太阳能的产量曲线，并动态调整反应堆功率。在其他能源充足时，核能自动降功率运行，并将能量导向制氢、合成可持续燃料（SAF）或为大规模储能（如液流电池）充电。

Part 2

一、目标要求

世界目标人数：2408人

人均能耗：8983kwh/年*人

每年需要输入世界的能量：2408*8983=21631064kwh

二、能源占比分布：

1、主要能源利用方式

平时发电用清洁能源和核能，特殊时期化石能源代替所有清洁能源作为候补（当然可以只代替部分清洁能源）

清洁能源（45% 目标发电量9733978.8kwh）

包括波浪能、太阳能和风能，其中以波浪能为主，这三者的具体比例据最后太阳能板在房屋上能够贴的总面积而定

核能（55% 目标发电量11897085.2kwh）

储备密度为19.1g/立方厘米的浓缩铀

候补应急（化石能源，以煤炭和石油为主）

不采用开采的方式获得化石能源，直接在建造世界之初就储备一定体积

三、每一种能源实现相应目标的理论依据（所有数据和技术可在前面的能量密度板块中查到均标明来源文献）

1、波浪能

全年平均能量密度(针对波浪能发电的选址出)6kw/m

全年发电时长3500h

利用技术：多吸收器百万瓦级波浪能转换器（如“南鲲”）或铰接式多体波浪能转换器，能量转化效率在现实中可达40%

每米装置每年可发电量：6*3500*40%=8400kwh

预估用的装置小于一公里，故每年发电量<1000*8400=8400000kwh<40%总发电目标=21631064*40%=8651415.6kwh

2、风能

全年平均密度240.3w/平方米

全年发电时长 6485h

利用技术：智能偏航系统，将风能利用率提升至95%以上，Cp为风力机的实际风能利用系数考虑到维修和较长时间维持较高的CP值，最终选择CP=0.5

实际发电功率=240*0.5*0.95=114瓦/平方米

每平方米每年发电量：739.3kwh/平方米

单位面积光伏发电量 (kWh/m²) = 有效太阳辐射量 (kWh/m²) × × PR

为组件效率，基准系统组件效率可取22%

基准（单面固定轴）太阳能辐射量：1451.1 kWh/平方米

全年发电时长：2287.3h

利用技术：轨迹计算结合导航传感器的双轴太阳能跟踪器，能量产出最高比固定光伏装置增加 67.65%使用垂直双面光伏系统（VMPV），相比于传统的倾斜单面光伏 （TMPV） 系统吸收太阳能效率提升20%-30%，这里取25%

隆基绿能（LONGi）在2025年4月使用的晶硅-钙钛矿叠层电池转换效率可达34.85%PR指“性能比”，TOPCon双面组件的PR值达到98.98%，所以我们PR值取99%是合理的

1公斤铀-235完全裂变释放的能量约为 24,000,000 kWh

考虑到核电站约33%的热电效率，1公斤铀-235实际可发电约 8,000,000 kWh

一公斤浓缩铀的体积1000/19.1=52.4立方厘米

100年须带的质量100*11897085.2/8000000=148.71公斤

100年须带的体积148.71*52.4=7792.60立方厘米

能量密度

石油（以石油为例）：约37000MJ/立方米=9722.22kwh

煤炭：约24000-35000MJ/立方米

目前规划带煤炭（大约带占全年总能量目标的15%的煤炭约3244659.6kwh）

利用技术:煤化工与转化55-65%（能量效率）或新型发电技术,理论联合循环效率可达 50-60%

目前预算带500立方米的煤炭：500*35000*60%=2916666=13.8%总目标