能源结构总述

根据选址的地理位置以及气候特性，本系统的能量来源主要由生物质能、太阳能和风能组成。其中，生物质能作为系统能源结构的主体，用于规模化、集中式供电供能，其利用主要分为藻类制油和废弃物制沼两部分；太阳能和风能作为辅助能源，用于分布式发电及储能，太阳能的利用通过光伏光热一体化设计，可为居住区提供基本用电需求及热水需求，风能发电为公共照明系统提供能量。当太阳能或风能不足时，可通过智能调配，接入集中电网，保证能量持续供给。

生物质能

生物质能是唯一可转化为液体燃料的可再生能源，相比于传统化石能源，生物质能有可再生、低污染的优点；而风能、太阳能、潮汐能、地热能等其他新能源，主要以热或电能为直接的能源转换形式（如太阳能光伏发电是从太阳能到电能的过程），从一种过程新能源到另一种过程性能源的利用方式增加了供能的不稳定性和储能的困难性，相比之下，可以制成燃料的生物质能具有 特殊优势。同时，藻类养殖可以对二氧化碳进行吸收固定，沼气池可以对废弃物进行生物降解，有利于整个系统的物质循环，降低对外界环境的影响。

以藻类作为生物质能的原料具有多种优点：生长周期短、繁殖快，不与粮争地；光合作用效率 远高于陆地植物且自身合成油脂能力强；藻类通过光合作用固碳，可以减少其他产业的温室气体向大气排放；利用藻类制取的生物质燃料是目前最接近原油的清洁燃料；利用方式多元化---制得的生物原油可用于提 炼汽油、柴油、航空燃油，也可获得化学原料和矿物质，作为塑料制品、肥料、色素和药物等的原料，其中含有大量的碳水化合物的中间产品可以经过发酵处理转化为乙醇燃料。

获取藻类原料

盘管养殖：通过基因工程改造获得高产能藻类植株，干物质含脂量可达 60%，养殖在居住区外墙的盘管状光生物反应器中，利用发电设备、沼气设备、工厂等生产过程中所产二氧化碳进行培育，实现碳的循环。

海面打捞：在浒苔等藻类爆发期，出海打捞，既可以缓解过量藻类对海洋生态的影响，又可以将危害生态的过量藻类资源化利用，为系统提供额外能源补充。

藻类制油

舍弃需要巨大脱水能耗的干藻粉制油法，并简化“萃取+ 酯交换”两步法制油的复杂工艺，选用湿藻微波加热一步法制取生物柴油与藻渣水热反应制生物油相结合的工艺进行生物油的分级制取与分级利用。可以在不到一小时的时间里完成原油和其他副产品的提取，通过传统工艺提纯，把生物原油转变成高品位的航空燃料、汽油或柴油，剩余藻渣通过水热反应制取生物粗油，废水经过处理产出可燃气体和钾、氮气等物质。经过处理的废水可以再次循环用于藻类养殖，废渣经过无害化处理后还田。

所得生物柴油通过火力发电设备进行发电，满足系统电力需求；其他副产品经过进一步提纯用于材料、肥料、药物等产品生产。

废弃物制沼

利用微生物分解农林牧废弃物及生活污水制取沼气，不仅可以解决废弃物处理问题，生产优质肥料，实现物质循环，还可以将所得沼气用于家庭厨房用火，弥补太阳能、风能的不足。

系统中农林牧采取集中化管理模式，有利于废弃物的收集。对种植业、养殖业进行统一管理，收集可用于沼气发酵的农业秸秆、禽畜粪便等废弃物，利用生活及生产的有机废水作为稀释用水，进入沼气池进行厌氧发酵。生成的沼气通过管道供给居住区各个家庭，沼液沼渣经过处理制成肥料，促进种植业的生产，多余沼液回流沼池，用于调节池调节粪水料液浓度，同时可减少清水用量并提高粪水料液中产沼气细菌的含量。

太阳能

在光伏光热一体化系统中，通过在太阳能电池组件上设置导热层，吸收传导光电转换过程中产生的热能，并由其连接的导热元件导出组件结构，由外界取热管路收集，提供给后续热能设备使用。相较于单一的太阳能利用方式而言，光伏光热一体化可以提高整体对太阳能的利用率，光热系统加强传热效果，降低了光伏组件温度，提高光伏发电效率并延长光伏电池的使用寿命，也实现太阳能的高低品位多级利用。光伏光热一体化系统主要应用于居住区，光热系统主要用于热水供应及冬天采暖；光伏系统则主要用于满足家庭日常用电需求。

光热产物温度受制于光伏电池的许用温度，一般低于60 ℃。对此，可以根据不同季节的用能需求，对系统的光电和光热单元进行切换：夏季可切换到光电单元，在发电的同时产生 40~50 ℃的低温度，供家庭生活使用；冬季，由于气温较低，可切换到光热单元进行大量的光热转换， 产生的热能可用于采暖。

利用太阳能为工业生产、渔业生产、海水淡化系统提供能量，当太阳能不足时，通过集中电网的供电进行补偿。

风能

采用风光互补方式为公共照明系统供能。风光互补系统利用自然风力和太阳能协同发电，将电能储存于蓄电池中，系统通过智能控制，自动感应外界光线变化，当光线不足时， LED 路灯开启，利用蓄 电池中储存的电能照明。风光互补系统无需外接电网，无需布线埋管，安装方便；兼具风能和太阳能产品的双重优点，互补性强，基本可做到不间断发电，满足公共照明需求。