能源细节

• 使用设备：以远景能源 EN-220/9.1 设计基础，在不改变其基础性能的前提下，集成其 他先进技术，减小对环境的干扰，提高产品寿命。共布设两台。^[1]

  相关技术：对叶片外形几何参数进行改进，减小噪声约4分贝。^[2]

            机舱下方地面处采用阻尼减振，进一步减少对环境的干扰

  使用与西门子相同的可回收材料进行建设，减少废弃物的产生，同时减少新世

  界的工业负担

            安装声纳系统、雷达监测装置和图像识别技术，智能检测，测到敏感物种

  接近时，系统可自动触发停机机制，避免撞击事故。^[3]

  使用数字孪生技术，让数字模型在传感数据的驱动下，有效检测整个风机

  的运行状况，变预警为预防，让风机寿命更久，收益更多。

  收益计算：由Global Wind Datlas 网站的数据，在150m轮毂中心高度下风机的选址地 平均风能密度为480W/m²

  平均风速为7.31m/s

  取风能利用系数Cp为0.45

  P（v） = 0.5 × ρ × A × v³

  发现数据平均风能密度为480W/m²和平均风速为7.31m/s无法匹配。

  查询崂山区气象数据可知，地面10m处平均风速约为5m/s^[4]

  由公式

   

  其中，α为风切变指数，表征风速随高度变化的强弱程度，与下垫面粗 糙程度直接相关

  取α=0.15，按轮毂高度150m计算，计算得风速约为8.2m/s，与平均风能密度

  数据符合较好，故以此为基础进行计算。

  风力发电机组的核心原理是将风能转化为电能，其能量转换过程遵循贝兹极限理 论。根据该理论，风机能够从风中提取的最大能量为风轮扫风面积上风能的 16/27（约59.3%）

  然而，实际风电机组由于机械损耗、电气损耗和控制策略等因素，风能利

  用系数（Cp）通常低于理论极限值。

  对于双馈式异步风力发电机组，其功率曲线呈现典型的三段式特征：^[5]

  风速低于切入风速（3m/s）时，风机不发电，输出功率为0

  风速介于切入风速与额定风速（3-15m/s）之间，风机采用最大功率跟踪（MPPT） 控制策略，输出功率随风速立方增长，Cp值约为0.45

  风速高于额定风速但低于切出风速（15-25m/s）时，风机输出功率稳定在额定值 9100kW，通过变桨系统调节保持最佳转速

  风速高于切出风速(25m/s)时，为保护风机部件，风机自动停机，输出功率为0

  该风机的扫风面积计算为：A = π × （110m）² = 38013m²，在MPPT阶段，风机的功 率输出可表示为：P（v） = 0.5 × ρ × A × Cp × v³ 其中ρ为空气密度（取标准海平面值 1.225kg/m³），Cp为风能利用系数（取0.45）。

  二、风速分布模型与时间占比计算

  风速分布通常采用瑞利分布或韦布尔分布进行建模。此处采用瑞利分布进行估算， 其概率密度函数为： f（v） = v/（σ²） × e^（-v²/（2σ²）） 其中σ为尺度参数，可通过平均风 速计算得到： σ = v̄ × √（π/2） = 8.5 × 1.2533 ≈ 10.653m/s

  根据瑞利分布模型，计算不同风速区间的时间占比：^[6]

  风速区间	概率密度函数积分	时间占比	对应发电小时数
  <3米/秒	F（3） = 1 - e^（-3²/（2×10.653²）） ≈ 0.038	3.8%	335小时
  3-15米/秒	F（15）-F（3） ≈ 0.652-0.038 = 0.614	61.4%	5402小时
  15-25米/秒	F（25）-F（15） ≈ 0.948-0.652 = 0.296	29.6%	2592小时
  >25米/秒	1 - F（25） ≈ 0.052	5.2%	457小时

  从上表可见，该地区风速主要分布在3-15m/s区间，占全年时间的61.4%，这是风机MPPT运行的主要时段;15-25m/s区间占29.6%，是风机额定功率运行的时段;切入风速以下和切出风速以上的时间分别占3.8%和5.2%。

  三、理论年发电量计算

  理论年发电量是假设风机可利用率为100%时的发电量。计算公式为： E_AEP = ∫（v_in）^v_out P（v） × f（v） dv × 8760其中，P（v）为风机功率曲线，f（v）为风速概率密度 函数。

  对于3-15m/s区间，风机采用MPPT控制，输出功率随风速立方增长：P（v） = 0.5 × 1.225kg/m³ × 38013平方米 ×0.45 × v³

  对于15-25m/s区间，风机输出功率稳定在额定值9100kW。

  通过积分计算，得到各风速区间的理论发电量：

  MPPT阶段（3-15m/s）发电量： 通过数值积分计算，该区间平均功率约为2484kW， 对应发电量为： 2484kW × 5402小时 ≈ 13,460,000kWh

  额定功率阶段（15-25m/s）发电量： 9100kW × 2592小时 ≈ 23,668,800kWh

  理论年发电量总和： 13,460,000kWh + 23,668,800kWh ≈ 37,128,800kWh ≈ 37.13GWh

  四、实际发电量折减因素分析

  实际运行中，风机发电量会受到多种因素影响，需要对理论值进行折减：

  可利用率：双馈式风电机组的典型可利用率为95%-98%，考虑维护、故障和电网 限制等因素，取95%

  功率曲线保证率：制造商通常保证功率曲线为理论值的97%-98%，取98%

  厂用电与线损：约3%的发电量用于自身运行，取97%

  空气密度修正：实际空气密度与标准值（1.225kg/m³）的差异，通常取98%-99%

  叶片污染与磨损：约2%的发电量损失，取98%

  气候影响：如覆冰、暴雨等天气导致的停机，取98%

  不确定性折减：其他未考虑的因素，如风切变计算误差、实际风资源数据误差等，取90.8%

  综合考虑上述折减因素，总折减系数为：0.95 × 0.98 × 0.97 × 0.98 × 0.98 × 0.908 ≈ 0.768

  实际年发电量估算：2×37.13GWh × 0.768 ≈ 57.0GWh

  发电量的时间分布：同样，我们采用Global Wind Datlas 网站的数据。^[7]

  从单日来看：风能的分布较为平均，低谷出现在凌晨1点，风速为平均

  值的0.87，高峰出现在午间11点~13点，风速为平均值的1.06。与人们

  的用电习惯相一致，日间调峰要求较低。

  从全年来看：选址地的风能资源呈现冬春高，夏秋低的特征。低谷出现在9月， 风速为平均值的0.86，峰值出现在12月，风速为平均值的1.18.单从风能的角度 看，在风能资源最少的9月，月发电量仍有约1.53GWh，仅风能也能基本满足社 会的正常需求。

   

   

    

   

  •  光能

•  

  设计规划：1.在建筑物屋顶，在隆基绿能HIBC混合式背接触太阳能板的基础上，使用隆基绿能最先进的晶硅-钙钛矿串联叠层太阳电池技术，提高光能利用率。铺设8000平方米^[8][9]    

  其优点有： 转换效率较高，根据报道，隆基绿能的硅-钙钛矿串联叠层太阳 电池技术转化率可以达到34.6%，由于要与混合背接触技术结 合，且光伏组件的大型化困难较多，故取30%;由于隐藏了焊线 等部件，外观简洁美观，且减少了光污染;低辐照性能好，受 温度干扰小，将电极和焊线隐藏在后面，提高使用寿命^[10][11][12]

  • 2. 在建筑物的门窗，幕墙上，集成10000平方米的CIGS柔性薄膜太阳能板。

• 其优点有：转换效率较高，达到23.64%；集成性好，既可提高透光性作为窗户，亦可着色作为建筑外墙；弱光性能极好，受温度影响小。^[13]

  产能核算：根据solargis网站的数据，年有效发电时长约为1384.3小时^[14]

       屋顶光伏组件发电量：

  E1=2378637.4kWh

  柔性太阳能板发电量： 使用180w的组件，大约需要10000块，装机容量为 1800kW，取综合系数为0.80，得

  E2=1996.416kWh

   

  时间分布：

  总体上，青岛光能的年内分布较为平均，除11，12，1月份光能资源相对较低之外，其余月份的光能资源并无明显差异。可以大致假定我们只需考虑冬季太阳能的波动造成的影响而其他三个季节可以不考虑。

  具体到某个特点的日内，太阳能资源则极不稳定，受天气影响很大。总体变化趋势则与太阳行为强关联。夜间无法发电，日出后功率逐渐上升，在12点到2点达到峰值，之后逐渐下降，日落后归为0。

   

   

  • l 生物质能

• 原材料来源

     可以将生物质能的原材料依据来源划分为多种类别，包括林业资源、农业资源、生 活污水和工业有机废水、城市生活废物，畜禽粪便等五大类。考虑到我组百万立方 项目选址的实际情况，目前认为较为可行的来源包括农业资源、城市生活废物、畜 禽粪便。

     农业资源来自生产过程中的废弃物，如农作物收获时残留在农田内的农作物小麦的 秸秆;农业加工业的废弃物，如农业生产过程中剩余的稻壳等。能源植物泛指各种 用 以提供能源的植物，通常包括草本能源作物、制取碳氢化合物植物和水生植物 等几类，我们的项目中可以利用海洋资源投放藻类实现水生植物来源。

  城市生活废物主要来自于污水废水与固体废物。生活污水主要由城镇居民生活、商 业和服务业的各种排水组成，如冷却水、洗浴排水、盥洗排水、洗衣排水、厨房排 水、粪便污水等。工业有机废水主要是酒精、酿酒、制糖、食品、制药、造纸及屠 宰等行业生产过程中排出的废水等，其中都富含有机物。固体废物主要是由城镇居 民生活垃圾，商业、服务业垃圾和少量建筑业垃圾等固体废物构成。其组成成分比 较复杂，受多种因素影响。

  畜禽粪便是畜禽排泄物的总称，它是其他形态生物质（主要是粮食、农作物秸秆等） 的转化形式，包括畜禽排出的粪便、尿及其与垫草的混合物。我们仅考虑项目中的 羊产生的废物，但是羊数量较少，故忽略。

  科技选择

  海洋生物质处理单元：采用超临界水气化技术，直接处理打捞上岸的海藻，免去干燥环节。

  陆地生物质处理单元：采用模块化生物质热解气化系统，处理秸秆等农业废弃物。

  产能计算

  1.海洋生物质处理单元

  采用高效光生物反应器，而非占地巨大的开放池塘，以实现空间集约化。规划公顷（15,000平方米） 的海上或陆地反应器面积，根据文献及行业实践，高效养殖系统的微藻干重产率可达 0.5kg/m²/天。因此日产量15,000平方米 * 0.5 kg/m²/天 = 7500 kg/天 = 7.5吨/天（干重）年产量为 吨/天 * 365 天 = 2737.5 吨/年（干重）。最佳氢气产率：在600°C，使用Ru/C催化剂时，可达 21.6 mol H₂/kg微藻。氢气产量：2737500 kg * 21.6 mol/kg = 59130000mol。摩尔数转换为质量：28606875 mol * 2 g/mol / 1000 = 118260kg H₂。氢气蕴含的总能量为118260 kg * 33.3kWh/kg = 3983058kWh^[15][16]

  同时利用青岛地区优越的自然环境养殖海带作为食物和补充燃料，一个百亩的海带田，其亩产可达到8吨/年，假设有80%作为能量原料，可以产生920678.4kWh的能量。

  2.陆地生物质处理单元

  秸秆部分，初期3792人，人均年消耗200公斤粮食。总粮食需求 = 3792人 × 200公斤/人 = 758400公斤。粮秸种植的作物符合1：1.2的比例，理论秸秆产量 = 758.4吨粮食 × 1.2 = 910.08吨秸秆。可用秸秆量 = 910.08吨 × 90% = 819.072吨。^[17]

  此外，生活废弃物（垃圾+粪便）部分：垃圾：《2024 青岛统计年鉴》提及了 2023 生活垃圾清运量为 420 万吨，结合青岛市常住人口在 1000 万左右计算所得，大约生活垃圾产量约为 1.2kg，，其中可利用的部分约为50%。日产量：3792人×1.2kg/人/天×50%≈830吨/年。人类粪便：以日产量0.15 kg/人（干物质）估算，年产量：3792×0.15×365=207.6吨/年生活废弃物总量：1037.6吨/年^[18][19][20]

  沼气产量：以原料利用率85%（扣除损耗）：（819.1+1037.6）×85%=1546.2吨/年。采用混合底物厌氧发酵，沼气产量可达418 m³/吨：1037.6*418=433717m³。年能源产出：433717m³×6kWh/m³=2602302kWh^[21]

  四．体积计算

  海洋生物质处理单元

  所有设备均采用模块化、集装箱化设计，以实现“即插即用”并精确控制体积。

  （1） 微藻养殖系:封闭式光生物反应器，包含管道、水泵、控制系统。按1公顷面积、0.3米高的水容积估算（15,000 m² * 0.6m），并考虑支架和设备冗余，为9000立方米。

  （2）超临界水气化核心单元：包含进料泵、预热器、反应器（连续管式）、热交换等。参考文献中中试规模设备，处理7.5吨/天的物料量，设计成4-5个约67m³标准集装箱 ，约为300 m³。

  （3）气体净化与储存系统 分离CO₂、CH₄等，并压缩储存高纯度H₂。 包含变压吸附等净化模块和高压储氢罐，约3个标准集装箱的体积，约为100 m³。

  （4） 辅助系统（控制系统、电力转换）：整个系统的自动化控制、监控和逆变器，约为50 m³。

  （5）冗余：为了保证设施的长期运行，设置2000m³的设施冗余

  总体积估算 11500m³ 

  2.陆地生物质处理单元

  厌氧发酵系统：处理1吨/天废弃物的模块体积约15m³（含反应器、储气袋）。日处理量：1546.2吨/年/365≈4.2吨/天。核心设备体积：4.2×15≈63m³。辅助设备（粉碎机、控制系统等）：加50%冗余 → 总体积约90m³。热解气化单元（处理秸秆）：小型模块约20m³。总占用体积：110 m³（含冗余）

  总体积为110立方米 

  五．时间分布

  海洋生物质：我们采用封闭式光生物反应器来养殖微藻，人工控制条件，基本不受外界环境影响。时间分布上全年基本无异。

  陆地生物质：此部分来源各种废弃物，时间分布上全年基本无异。

  •  储能

• 选用技术  1.蓄热式人工硐室压缩空气储能

  2.镁基固态储氢技术

   

  设计方案

  压缩空气储能：使用了经过实际项目验证的单位体积储能密度法。甘肃酒泉项目的储能密度为：每立方米硐室储存约 8.37 kWh/m³ 的能量，能量回收效率可达70~75%^[22][23]

  根据实际需要，我们以80MWh容量为设计目标，一方面，其足以满足日常调峰的要求，当天气无法满足发电需要时为电网补充能量；同时，也可以保证在所有能源来源全部失效的情况下，社会仍然可以以低能耗运行至少一个星期。则硐室的体积约为9500m³，加上其他设施，以10000m³计

  氢气储能：我们采用上海交通大学研发的镁基固态储氢材料，储氢能力达到110kg/m³，且性能不易衰减，共使用2000m³。其中1600m³用于储能，400m³作为备用材料，防止因性能衰减导致储能无法满足需求。其他辅助设施和安全设施300m³，总体积共2300m³，储能总量约5860880kWh。^[24]

^[1] 远景科技集团 Envision Group.（nd）。Www.envision-Group.com。https://www.envision-group.com/cn/#/windturbines

^[2] 贝尔塔尼奥里奥 前锋，赫尔·M，马德森 K D。进一步减少陆上风机噪音对环境影响的必要技术发展路线图[J]。《能源与环境通讯》，2023年，12（3）。

^[3] 远景科技集团 Envision Group.（nd）。Www.envision-Group.com。https://www.envision-group.com/cn/#/windturbines

^[4] 山东省 天气预报 |MSN 天气.（2025）.Www.msn.cn https://www.msn.cn/zh-cn/weather/forecast/in-%E5%B1%B1%E4%B8%9C%E7%9C%81 

^[5] 焦X、王G、王X等。基于有界不确定性和扰动估计器[J]的风力涡轮机反发条俯仰角控制。《海洋科学与工程杂志》，2024年，12（3）：473。

^[6] 帕拉希夫L-S，帕拉斯奇夫S，离子I V。利用瑞利概率密度函数[J]研究风能密度分布。《能源观察》，2019年，157：1546–1552。

^[7] 全球风图集。（ND）。Globalwindatlas.info。https://globalwindatlas.info/zh/

^[8] 隆基在SNEC2025上正式发布HIBC技术与700W高效光伏组件。（2025年 Prnasia.com）。https://hk.prnasia.com/story/492785-2.shtml

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^[22] 腾讯网.““心脏”就位 世界首台（套）300兆瓦级人工硐室压缩空气储能项目进入建设关键期_腾讯新闻.”Qq.com，2025 年 7 月 5 日，news.qq.com/rain/a/20250705A06VQZ00。访问日期：2025 年 10 月 11 日。

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^[23]李军.“李军：压缩空气储能——破解新型电力系统“不可能三角”的“绿色钥匙”-新闻-能源资讯-中国能源网.”China5e.com，2025年，www.china5e.com/news/news-1194243-1.html。访问日期：2025 年 10 月 11 日

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