现有发电设施的使用寿命

根据现有文献，风力发电机的理论使用寿命极限最多可达50年，即使考虑用先进材料科学技术，数字孪生，更换备件等方法进行及时维护，其使用年限也很难达到要求的100年。^[1]

我们采用的混合背接触式太阳能板，由于独特的结构设计，其寿命应大于普通的太阳能板。根据隆基绿能的官方数据，其组件能保证在至少30年的使用过程中功率不衰减。注意：这里是功率不衰减的保证年限。在使用最先进技术，积极维护的情况下，使用寿命会远高于这个时间。^[2]

生物质能方面，我们陆地生物质的发酵采用沼气池，只要及时维护，可以长时间使用。而海洋生物质方面，我们预留了很多冗余，也可以认为不需考虑设备的替换。

•  未来的替代方案

由于我们的能源主要来自风力发电机，但它使用100年比较困难，所以我们必须考虑其他的能源代替方案。

• 1. 垂直轴风机

与水平轴风机相比，我们选取的中小功率垂直轴风机高度约为15~20m，体积更小，制造布设和维护的难度低。适合百万立方这样一个重工业受限的世界使用。同时，其具有很多优点：全向性与对风向不敏感，VAWT能够捕获来自任何方向的风能，无需复杂的偏航机制来使叶片对准风向VAWT被认为能够在低风速条件下高效运行，并且对湍流风的适应性更强。^[3][4]

基于这些特点，我们计划在离选址地约7km的海域布设30台100kw的垂直轴风机.根据文献，在使用优化叶片构型等方法后，垂直轴风机的风能利用效率最高为0.45，据此计算，此阵列的年总发电量约为74,030*30=2220900kwh.^[5]

同时，我们还会在城市中的各个角落布设从100w到20kw的垂直轴风机，为居民生活提供能量。

• 2. 海带超临界水制氢

由于原有能源规划中含有超临界制氢技术，而青岛海域是海带养殖的主要场所，我们自然想到以海带作为制氢的原料。

根据计算，我们使用平养和垂养相结合的方式，亩产最多可达8t/年若养殖100亩，每年可转化氢气34560kg，共蕴含1150848kwh的能量。同时，其反应结束后的残渣可以用于农业无机肥。

• 3. 微型波浪能发电

鉴于前两种技术都布置在海上，我们将在这些设施上集成微型波浪能/潮汐能发电设施，补充电力。

• 4. 陆地生物质发酵技术

在原有发酵系统的基础上，收集枯枝落叶等生物质（对于一个以花园城市为设计理念的世界，这很容易）进行发酵，提高沼气的产量。

• 5. 有机光伏技术

有机光伏（OPV）技术是一种利用有机分子或聚合物材料作为活性层，将太阳能转化为电能的新兴光伏技术传统的硅基太阳能电池相比，有机光伏电池具有低成本、轻量化、柔性和可大面积制造等显著优势。此外，有机光伏在室内低光照条件下的能量收集也显示出巨大潜力，可为物联网（IoT）设备和小型电子产品供电^[6][7]

^[1]Lee G， Byon E， Ntaimo L， 等.贝叶斯样条法评估风力发电机组极端载荷[J].应用统计学， 2013， 7（4）.

^[2]隆基光伏组件Hi-MO7技术参数及应用 www.longi.com/cn/products/modules/hi-mo-7/

^[3]胡W， 王Y， 宋X， 等.异步发电机互联电网垂直轴风力发电机组的发展[Z]（2008-01-01）.

^[4]Raj Kamal MD、Harish Krishna P、Jagadeesh Babu G、等。垂直轴风力涡轮机[J].亚洲机械工程评论， 2017， 6（2）： 1–3.

^[5]刘 H，詹姆斯 RD。机器学习优化的垂直轴风力发电机组 [Z].arXiv， 2025（2025）.

^[6]Nkinyam CM、Ujah CO、Nnakwo KC、等。有机光伏电池的洞察：展望与挑战[J].非常规资源， 2025， 5： 100121.

^[7]Sharma V， Nautiyal M， Saini P， 等.有机光伏可持续能源转换：材料选择与评价[J].E3S 会议网， 2024， 547： 01021.