ENERGY MODULE  /  01   OVERVIEW

能源模块总览：一座 100 年不熄火的城

白龙半岛拓荒者社区 · 2,000 人 · 16.0 GWh/a · 一核两翼、三储协同、热尽其用

ABSTRACT / 摘要

 本模块为白龙半岛的 2,000 人社区建立一套「小而硬」的能源体系：人均 8,000 kWh/年，总需求 16.00 GWh/a，平均负荷 1.83 MW、设计峰荷 3.11 MW。供给以一台 eVinci 微堆（5 MWe / 15 MWth，另配一台冷备）为基荷与热源，以 AWE 伞梯式高空风电（2 × 5 MW）与顶面光伏（1.5 MWp）为两翼，潮汐风筝（6 × Dragon 12）只做零占地示范与极端冗余，应急燃气（2 MWe）只买 72 小时的时间。全年供给 17.73 GWh，冗余 10.8%，正常工况直接碳排为零。储能按时间尺度分工：LFP 24 MWh 管秒至小时，全钒液流 32 MWh 管小时至日，熔盐 40 MWhth 与冰蓄冷 50 MWhth 管热与冷。核能 23.7 GWhth 废热按温度四程利用，综合能量利用率从 33% 抬到 72.6%。全口径体积 7,841 m³，占一百万立方的 0.784%。
 

一　总览：人、地、理念　人口能耗 · 选址资源 · 设计理念

二　供给结构：谁发多少电　装机、发电量、占比、核心技术

三　储能：两种电池 + 两种热　LFP · 全钒液流 · 熔盐 · 冰蓄冷

四　需求：8,000 kWh 花在哪　生活 / 农业 / 工业 / 服务 / 交通 / 算力

五　分配：谁先用电，谁后用电　四级优先 + 极端工况

六　能源转化图　源 → 转换 → 储 → 终端

▌ 1.1　我们选择的人口能耗口径

2,000 人，人均 8,000 kWh/年，合计 16.00 GWh/年。该数字高于中国全国人均全社会用电（约 7,000 kWh）约 14%，

表 1-1　能源需求的七个基本数字

来源：本模块负荷模型（附录 A）；人均对比参考中国全社会用电量口径（约 7,000 kWh/人·a）与美国人居用电口径。

▌ 1.2　选址：白龙半岛给了我们什么、没给什么

表 1-2　选址资源禀赋与能源含义

来源：北海市公开气候与海洋口径（年辐射、风速、降水、潮汐、水温、盐度、台风频次）。场址按「从未有人类活动」设定，不接入任何既有能源设施。

▌ 1.3　设计理念：一核两翼 · 三储协同 · 热尽其用

① 一核：核能定容量，不定电量

全系统只有一台 eVinci 在役（5 MWe / 15 MWth），另配一台冷备。它承担两个不可替代的角色：一是 7×24 h 的可调度容量——夜间 1.10 MW 基荷、台风周 3.11 MW 峰荷，只有它能无条件顶上；二是 175 ℃ 以下的中低温热源——海水淡化、吸收式制冷、除湿再生、生活热水，全部由它的废热驱动。系统由此获得三样东西：5 MW 的电、15 MW 的热，以及一份不受天气影响的容量。

② 两翼：把「燃料」换成「天气」

AWE 与光伏合计 5.55 GWh/a，占 31.3%，承担三项功能：减少核燃料消耗、压低废热排放、两翼都不与水、风硬碰硬：AWE 在 300–3,000 m 捕风，台风前收伞入库；光伏铺在顶面外圈，不占用城市可用空间。

③ 三储：电、热、冷各管各的时间尺度

储能按三条时间轴配置：LFP 24 MWh 管秒到小时（调频、黑启动、云遮）；全钒液流 32 MWh 管小时到日（跨昼夜、连续阴雨 1.5 天）；熔盐 40 MWhth 与冰蓄冷 50 MWhth 管「热」与「冷」的跨昼夜平移。把热与冷单独记账，是这套系统体积能压到 0.784% 的关键——如果用电池去存热，体积要翻 8 倍。

④ 热尽其用：33% → 72.6%

eVinci 的电效率约 33%，意味着每发 1 kWh 电就有 2 kWh 热要被排掉。我们把这份「废热」按温度分成四程：175 ℃ 以上做工艺热与吸收制冷；175→120 ℃ 驱动 MSF 多级闪蒸造水；120–150 ℃ 双效、80–120 ℃ 单效吸收制冷（其余 80–120 ℃ 除湿再生）；80→55 ℃ 做温室加温与生活热水；55 ℃ 以下才允许排向海水。结果是：核能综合能量利用率从 33% 抬到 72.6%，海水淡化泵送电耗 2.5 kWh/m³，加热由核废热承担。

供给结构给出每种能源的装机、年发电量与占比，以及该比例的确定依据。

图 2-1　供给侧结构：一台微堆撑起六成，两翼补足三成

数据来源：本模块计算书；参数依据 Westinghouse、Minesto、《人民日报》公开资料。

表 2-1　能源供给结构总表

来源：装机与年发电量由附录 A 计算；eVinci 参数取自 Westinghouse 产品页，AWE 取自《人民日报》2025-11-15 报道，潮汐风筝取自 Minesto Dragon 12 产品页。

核能的两个运行指标需要分开写：年发电量 11.69 GWh，平均出力 1.33 MW，容量因子 26.7%（11.69 ÷ 43.8）；年运行 7,750 h（88.5%，扣除 6 周换料），带负荷平均功率 1.5 MW（30% 额定），等效满发 2,338 h。运行策略为负荷跟随：夜间约 1.6 MW、白天 1.1–1.9 MW，台风周与冷备切换时短时上冲至 5 MW（eVinci 具备秒–分钟级负荷跟随与甩负荷能力）。反应堆热功率同时供熔盐罐、MSF 与吸收式制冷机，综合利用率 72.6%。

▌ 2.1　比例是怎么定下来的：资源的「物理上限」

配比按三步确定：先算每条技术路线在本场地的物理上限，再按「容量—电量—保险」三层需求分配，最后按成熟度打折。

表 2-2　各能源的物理上限与本模块取值

来源：光伏与 AWE 上限由附录 A 推算；潮汐流速取自北海海洋站公开口径；核能与燃气按设备可用性约束。

▌ 2.3　应急燃料：本地资源、自采评估与一次性储备

白龙半岛所处的北部湾盆地有油气资源（涠洲油田群、涠西南凹陷）。应急燃气的来源有三条路线，逐条评估如下：

表 2-3　应急燃气的三条来源路线比较

来源：资源量取自北部湾盆地公开地质资料；体积与人力为本模块估算。

选择 B。A 路线保留为远期选项：若城市后期发展出需要连续供热的工业（如合成燃料、玻璃、陶瓷），年用气量上升到 10 GWh 量级时，自建开采的体积效率才成立，届时可在半岛外侧增设一座无人井口平台。

表 2-4　应急燃料储备（一次性带入）

来源：按 2 MWe 燃气内燃机热耗率与 LNG 液密度 0.45 t/m³ 折算。

储能的任务是把「什么时候发」和「什么时候用」解耦。不同时间尺度需要完全不同的技术，用一种电池包打天下，结果一定是「体积巨大、寿命很短、成本失控」。本模块用四条线分工：

表 3-1　四级储能配置

来源：LFP 循环寿命与效率取主流集装箱式 BESS 公开参数（如 HiTHIUM 3.44 MWh 液冷柜）；全钒液流能量密度取 25–40 Wh/L 区间；熔盐与冰蓄冷按热力计算。

图 3-1　典型日 SOC：LFP 一日一循环，液流承担周尺度平移

数据来源：本模块储能调度仿真（附录 A）。

▌ 3.1　选型依据：LFP 与全钒液流的分工

锂电池能量密度高、响应快、成本低，适合秒到小时级；循环寿命约 8,000 次，按 1.8 次/日计约 12 a，100 年需 9 套（含初始），更换 8 次共 2,400 m³。全钒液流的能量储存在电解液中，电解液不衰减、可永久循环，100 年内只更换电堆与隔膜（20 年一次），4 次更换、1,000 m³。两种方案的百年体积账如下：

▌ 3.2　热与冷：不占电池的体积

熔盐与冰蓄冷储存的是热与冷，与电储能分开记账。其体积效率高于电池：40 MWhth 熔盐约 260 m³，而同样能量的锂电池需要约 500 m³。这也是为什么核废热必须先经过熔盐罐、再进入 MSF 与吸收式制冷机——储热让「白天发的热」可以在夜里造水，而不需要任何电池参与。

把 16.00 GWh 拆成八项，就能看出这座城市的「能源性格」：居住 31.3%、公共服务 17.5%、农业 15.0%、工业 16.2%、交通 7.5%、算力 6.3%、水务与环境 5.0%、储能与转换损耗 1.2%。值得单独指出的是「农业 + 工业 + 水务」合计 36.2%，这三项在常规城市中很少计入市政电表。

图 4-1　需求侧：8,000 kWh/人·a 的八项分解

数据来源：本模块负荷模型（附录 A）。

表 4-1　需求侧分项账本（2,000 人）

来源：本模块负荷模型；人均指标参照中国城镇与美国人居用电口径，并按「全封闭城市」的额外需求（农业补光、制水、材料闭环）上调。

▌ 4.1　终端的能源形式：电 83.3%、热 14.1%、冷 2.7%、燃料 0%

把「用能」按形式再切一刀，会看到一个和旧世界很不一样的结构：电占 83.3%，热与冷合计 16.8% 并不来自电，而是来自核废热与吸收式制冷。这意味着「停电」不等于「停热」——只要反应堆还在，热水、淡化水、冷量就还在。这也是 MSF 与吸收式制冷放在「第二优先」的原因：二者不属于电负荷，却直接关系淡水与冷量供应。

能源分配的本质不是「发多少」，而是「不够的时候先砍谁」。我们把分配写成四级优先 + 一条应急红线，写进 EMS 的硬约束里，而不是留给现场去吵。

表 5-1　四级优先分配与中断后果

来源：本模块 EMS 设计；占比为年电量口径的近似值。

图 5-1　典型日调度：核能压着基荷走，储能吃掉峰谷差

数据来源：本模块 24 h 调度仿真（晴天 + 中等风速）。

▌ 5.1　极端工况：台风 + 换料叠加的 72 小时

白龙半岛每年受 2–4 次台风影响。我们按「最坏叠加」设计：台风正面登陆（AWE 收伞、光伏降至 10%）＋ 一台微堆进入换料窗口（冷备堆热备用 10 min 并网）＋ 连续 3 天阴雨。此时的供给顺序是：

· 第 1 小时：冷备堆启动，接替在役堆；热功率优先保 MSF 与吸收式制冷，电功率优先保 P0/P1。

· 第 6 小时：LFP 12 MW 放电，覆盖峰荷缺口；液流电池进入「只放不充」模式。

· 第 12 小时：冰蓄冷释放 50 MWhth 冷量，熔盐释放 40 MWhth 热量，维持温室与淡化；

· 第 24 小时：启动 2 MWe 应急燃气，按 72 h 油料储备运行；同时执行 P3 全部切除、P2 降载 50%。

· 第 72 小时：燃气退出，恢复到「核 + 储 + 潮汐」的最低运行模式。

把源、转换、储能、终端串成一条线，就是这张图。它包含三条并行的链路：电链路（源 → 母线 → 终端）、热链路（核废热 → 温度阶梯 → 造水/制冷/供暖）、以及储能的「缓冲池」。带宽正比于年能量，读图时先看宽度，再看数字。

图 6-1　能源转化总图：从一次能源到终端负荷

数据来源：本模块计算书（附录 A）。带宽正比于年能量（GWh/a）。

表 6-1　能量转化路径与损失

来源：本模块计算书；转换效率取设备公开参数区间。

按 GB/T 7714 与课程网页格式编排；英文条目保留原文题名，DOI 统一以 https://doi.org/ 前缀给出。

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口径声明：本模块所有数字为「工程概念设计」量级估算，采用可追溯的公开参数与显式假设；凡属本模块自行设定的负荷指标、折扣系数与体积估算，均在《细节设计》附录 A 中给出算式，可按需替换参数复算。白龙半岛的具体地块条件、电网接入与环评要求，须在初步设计阶段现场核定。