1.2 能源规划

1.2.1 生物质能

生物质相较于传统的化石燃料热值和能量密度更高，且利用过程当中，产生的污染更少，能够较好地保护环境，符合百万立方世界的设计初衷，因而选择作为本世界的基础能源之一。

1.2.2 风能

风能十分清洁，利用较麻烦，但通过先进的发电技术可以对这一缺点进行适当的弥补，且新型技术的成本不在考虑范围之内。

1.3 生物质能

1.3.1可行性分析原理

1.原理分析：

（1）利用农作物以及其他生物资源，获得能量，可以直接利用，比如以直接燃烧，发酵，蒸馏，堆肥，厌氧消化等技术难度较低的方式。

（2）也可以采用技术难度较高的方式，比如高温裂解，加氢气化，氢化，破坏性蒸馏，酸水解等方式，将其转化为二级产物，再进行利用。

（3）注：相较于直接利用煤炭石油天然气等化石燃料，生物质能的碳排放量更小，对环境的影响较小。

Ⅰ 因此我们可以使用生物质能发电来替代原有的化石燃料发电。

Ⅱ 直接燃烧转化率为10%，通过改造利用方式和改进设备可达到20-30%。

Ⅲ 各种生物质能的热值取平均值：16919千焦/千克，转化效率可以达到25%

1.3.2 设备主要技术参数及组件功能

1.3.2.1负压裂解气化燃烧炉 

            授权公告号：CN 210441217 U [1]

一种负压裂解气化燃烧炉，包括燃烧炉炉体和燃烧炉底座，所述燃烧炉炉体固定安装在燃烧炉底座的上端外表面，所述 燃烧炉炉体的外表面靠近下端位置焊接有进气管，所述燃烧炉炉体的外表面固定安装有气体管接头和回流管接头。本实用新型所述的一种负压 裂解气化燃烧炉，首先，能够使得垃圾燃烧更加充分，使得通过排气口排出的烟气中的焦油降低，降低焦油烟气对环境的污染，并且能够使燃烧气体和氧气完全混合，燃烧更加充分，便于人们控制进入负压裂解气化燃烧炉中燃烧气体和氧气的含量，从而方便人们调控燃烧炉内部的温度和裂解量，便于人们把握燃烧炉的使用情况，适用范围更加的广泛，带来更好的使用前景。

（主要用于高热值气体和液体的生成，同时可用于固体燃料的生成于燃烧）

图1为本实用新型一种负压裂解气化燃烧炉的整体结构示意图；

图2为本实用新型一种负压裂解气化燃烧炉的内部局部结构图； 

图3为本实用新型一种负压裂解气化燃烧炉中供氧装置的局部结构图；

图4为本实用新型一种负压裂解气化燃烧炉中上盖的仰视图；

图5为本实用新型一种负压裂解气化燃烧炉中上盖的连接图。

工作原理：本发明提供的水平晃动式鼓泡流化床燃烧装置中的燃烧室、风帽、布风板[12]和风室组成了流化床系统。燃烧室内床料包括燃料、燃烧产物灰渣。燃烧所用的一次风从风室底部的数个进风口进入风室，风流通过多个布置在布风板上的风帽进入燃烧室，将燃烧室内的床料流化，使其中的燃料燃烧。流化床系统底部安装有滑轮，滑轮可在炉膛内腔底部的导轨上平顺的水平移动，炉膛外布置一台差速电机，差速电机通过连杆机构推动流化床系统在导轨上往复运动。燃料在料斗内存储，通过给料机下落进入燃烧室内，保证流化床系统在水平晃动过程中均能落入其中。 在料斗的出料口附近布置有拨料风管，可以通入二次风或者再循环烟气，降低 出料口处的局部温度，防止料斗燃烧。在进料口附近的炉膛内布置有导流板，防止燃料被直接吹走，且能够更好导流形成低温区。在给料的另一侧，燃烧室的边缘高度较低处设置有出渣口，使得炉渣在水平晃动过程中从出渣口排出燃烧室，落入排渣沟内，可通过链条捞渣机将渣送出。炉膛外壁可为耐火材料，产生的高温烟气从炉膛出口排出，用于加热其他工质，也可以用水冷壁制成，用于加热水或水蒸气等工质。

2.水平晃动式鼓泡流化床燃烧装置[2]  

授权公告号：CN  111457362 A

一种水平晃动式鼓泡流化床燃烧装置：是在炉膛内腔的底部设置有滑轨，燃 烧室装配在滑轨上，燃烧室能够在滑轨上进行移动。炉膛的上部一侧设置有料斗，料斗的底部设 置有给料机，给料机对应燃烧室的进料口设置，料斗的底部还设置有拨料风管用于料斗和燃烧 室内的二次进风，料斗与炉膛之间设置有隔墙或水冷屏。有益效果：在水平晃动条件下会产生水平波动，加剧气固混合，提高燃烧效率，可以将较大较长的秸秆较好的燃尽。进一步提高燃烧效率。通过给料口设置进风口，降低给料口处温度，防止料斗内燃料着火。

主要是用于固体燃料和生物质的燃烧。

上图为本发明所述流化床燃烧装置整体结构示意图。

炉膛外壁可为耐火材料，产生的高温烟气从炉膛出口排出，用于加热其他工质，也可以用水冷壁制成，用于加热水或水蒸气等工质。

授权公告号： CN  210876708 U

一种用于生物质能利用的农林废弃物回收处理装置，包括机体和送料组件，送料组件包括料仓、破碎组件、输送绞龙、送料管、电机和长轴，料仓固定连接机体的上壁，料仓的内侧设有阻挡格栅，料仓连接有破碎组件，破碎组件包括第一齿轮、短轴、连杆、滑块、刀架 和滑道架。本用于生物质能利用的农林废弃物回收处理装置，农林废弃物经过粉碎后在燃烧炉内燃烧，阻挡格栅可以阻挡住体积较大的农林废弃物，避免卡住管道，破碎组件能将体较大的农林废弃物破碎，封板避免料仓的杂物堵住破碎组件，电机工作后，第二齿轮通过连杆带动滑块和刀架上下移动，刀架就能将体积较大的农林废弃物折断，整个装置对物料的适应范围广，同时节能环保。

主要用于处理日常的生活垃圾以及生物质废渣。

图1为本实用新型的整体结构示意图； 

图2为本实用新型的破碎组件结构示意图；

图3为本实用新型的第一齿轮结构示意图。

1.3.3 生物能系统操作与维护（维修与保养）

1.3.3.1 使用

寿命上述三个设备均处于专利申请阶段，根据网络数据，我国小型工业设备使用年限一般为10-20年。同时考虑到百万立方世界工业负担较小，同时可以更换零部件，将使用寿命延长到30年左右。

1.3.3.2 携带量

初步规划：携带至少十套设备，计划同时使用三套设备，可以适当多带一些消耗性较大的产品，比如齿轮之类的消耗品以及润滑机油。

1.3.3.3 操作与维修

三种设备的具体使用操作步骤均已在上述的介绍中标出，现主要叙述保养以及维修的相关事宜。

维修人员可以在表面镀金属或者油漆，减少锈蚀造成的损失。由于长期燃烧，设备中会存在积碳，堵塞管道，阻止反应的顺利进行，定期加入适量清洁剂，清除积碳。器具的不可避免的磨损可以通过更换部分零部件的方式来维修。

1.3.5 生物能系统安全性分析与注意事项

1.3.4.1 概述

1.因为上述设备使用时均会产生高温，因此应尽量放置在远离生活区的地方，并且应减少人为的操作，人通过计算机远程操作机器手以及机器人来完成加料，取料等一切必要的操作。当人靠近时，应及时关闭机器，避免发生安全事故。在此引入温度控制设备来控制器件的温度，并及时降温：

2.主要存在的问题是因为设备的异常，可能会导致装置内温度过高，导致安全事故的发生。在装置内放置高温传感器，当温度达到一定的异常值时，会发出警报，提醒工作人员以及周围行人注意。当温度超出某一阈值时报警器会强行停止生产，以避免事故的发生。

引入电声警报器温度调节装置[4]来确保设备的安全运行:

一种电声警报器的温度调节装置，其包括控制模块、电源模块、继电器切换模块、温度调节器、电子元器件及温度传感器，控制模块和电源模块分别与继电器切换模块相电连接，继电器切换模块用于改变电流的方向，其与温度调节器相电连接，温度调节器贴设于电子元器件的表面，以使电子元器件加热或者散热，温度传感器与控制模块相电连接，其将电子元器件上采集的温度模拟信号发送给控制模块，以控制温度调节器工作。本实用新型在超低温环境时为电子元器件加热，无需采用适用于超低温环境的元器件，在较高的工作环境时为元器件散热，无需配备主动式风扇、被动式大面积散热片或二者结合，极大地降低了警报器的生产成本。

图1为本实用新型结构示意图；

图2为温度调节器制冷和制热的原理示意图。

1.3.4.2 工作原理

温度调节器基于两种不同半导体材料串联成电偶并有直流电通过时，在电偶的两端即可分别吸收热量和放出热量，只需改变电流方向，即可达到加热和散热功能切换的目的，因此既可提供低温下对设备的加热功能，又可提供在高温下对设备散热的功能，可达到精准调节温度的作用。此温度调节装置平时待机的功耗低，可节省电能，且半导体温度调节片仅对需要温度调节的器件进行安装，如低温瓶颈的电容、芯片，高温瓶颈的功率M0S管、二极管等，大幅降低成本，提高效率。器件加热和散热的过程如下：

一、器件加热：根据预先设定的低温，DSP根据温度传感器[6]反馈的数据，判断需要温度调节的器件温度是否需要调节，如反馈温度低于设定温度时，DSP控制继电器切换模块使温度调节器切换到加热模式，当被调节器件温度达到设定温度后，即停止加热，此时，被调节器件已达到工作温度要求，可正常工作。

二、器件散热：根据预先设定的高温，DSP根据温度传感器[6]反馈的数据，判断需要温度调节的器件温度是否需要调节，如反馈温度高于设定温度时，DSP控制继电器切换模块使温度调节器切换到散热模式，当被调节器件温度达到设定温度后，即停止散热，此时，被调节器件已达到工作温度要求，可正常工作。

 操作说明：

通过地下电网，将计算机，报警器以及三大设备串联起来。人通过操控计算机来控制三大设备。

当温度超过正常值时，警报器启动，并自行进行进行温度调整，同时提醒工作人员操控计算机来关闭或者调整三大设备。当温度超过阈值时，温度调节装置将温度数据传至计算机，并使计算机强制关闭故障设备。工作人员可以通过机器的运行过程中的各项数据来检查该机器的哪个部件在何时发生了何种故障，从而能够更加精准和及时地进行维修。

1.3.4.3 在世界中的位置

置于工业区规划区域内，约占一幢大楼，设备置于大楼之内，通过计算机将各个部分相连。

1.4 风阳

1.4.1 可行性分析运行原理

1.目前风车发电主要影响为空气密度和风速，发电功率与空气密度、风速的立方成正比，这是地面风电机主要受限制之一。且地面的地形与风力稳定性与强度会对地面风力发电技术产生极大影响，空中风电场可以完美解决这个问题；

2.在5000米到15000米高空中，存在风速为每小时320公里左右的急流，如果风车能够在这个高度发电，效率大概会到达80%-90%；

3.高空急流，是地球上空9多公里至10余公里之间一条较窄的高速气流带，集中在对流层上部或平流层中，其中心轴向是准水平的，具有强的水平切变和垂直切变，有一个或多个风速极大值，叫急流带。中心风速通常在每小时200公里至300公里之间。

4.烟台的高空急流：

①温带急流（又称北支西风急流）

位置：冬季靠南，在40～60°N；夏季靠北，在70°N附近。

高度：极地对流层顶附近或极地对流层顶以下1~2km处；夏季高度偏高。

②副热带急流（又称南支西风急流）

位置：副热带高压北部，冬季靠南，在25-32°N之间；夏季向北推移约10～15个纬度。中国的急流以副热带急流为主。

高度：平均12-14km。

风速：冬季强夏季弱。

1.4.2 设备主要技术参数，及组件功能

1.设备名称“飞行发电机（FEG）”

2.整体上：它由一个架子和4个螺旋桨组成，根据罗伯茨的设想，飞行发电机将像风筝一样在急流中盘旋。每个螺旋桨直径为20米，完全用碳纤维、铝合金、玻璃纤维等飞机用的材料制造。一台发电机的体积为4万立方米。

3.与地面连接：与地面相连的“风筝线”具有固定发电机和传回电能两个作用，约10厘米粗，内层是导电的铝丝，外层包着极为坚固超轻纤维缆绳可以保证它不被吹走，这种超轻纤维也被用来制造NASA 的航天飞船的安全气囊。

4.工作过程：这个飞行发电机约重20吨，起飞的时候，由地面向其供电，使螺旋桨旋转，像直升飞机一样带动整个结构升空，达到预定高度后，倾斜为40度左右，这时候一方面利用风产生的升力维持其高度，一方面利用风力带动螺旋桨发电，把2万伏特的电压传到地面。

5.发电参数：

①概述：

如果能放到时速300公里的风域，每个发电机的功率能达20兆瓦，600个飞行发电机升空，就能供应两个芝加哥大小的城市用电（芝加哥正好位于北半球急流附近）。

②详细计算：

转化效率η=20%

空气密度ρ=5000米为0.6938kg/m³；10000米为0.4135kg/m³；15000米为0.1946kg/m³.

叶片个数n=4

风速v=180km/h，取v=50m/s

半径R=10米

计算可得：P=7.85*10³KW，

每天的发电时间为6小时

一年中的有效发电天数为200天

年发电量 7850*6*200=9.42*10⁶kwh

6.芝加哥与烟台对比：

芝加哥纬度41.53N，烟台纬度37.52N。

高空急流主要与纬度有关，所以根据前对于高空急流的季节介绍，两地高空风速相差不大。

1.4.3 风能系统操作与维护（维修与保养）

1.4.3.1 操作

人类主要工作为检修、观光管理与更换电缆，电缆分为若干节，可以对专门各个节进行维修。

1.4.3.2 维护

①机器寿命：40年左右

②材料损耗与更换：

携带3套设备，每套设备配备3套铝丝，保证同时有1套设备能够正常运行。

·铝丝寿命：国家新标准规定家用电线寿命不可少于70年，所以带10套去，在50年时保证全部更换，其余用于在平时检修时更换。

·Vectran：光老化：涂层防护的措施（与化工结合，研究制造一些）。

1.4.4 风能系统安全性分析与注意事项

1.4.4.1 安全保障措施

升降平台，发电机降落伞，检修机器人。

1.4.4.2 在世界中占的位置

在空中万米高空盘旋，平时看不到，主要是引下来的电线，进工业区

1.4.4.3 应急问题处理

1.问题概括分析：罗伯茨曾在澳大利亚试验了一种空中发电机，不过当时的设计相对简单，只能在低空试飞。而高空发电机要更复杂：需要计算机控制平衡、GPS定位、恶劣天气与机械故障维护，还要避开闪电或产生电晕带来的损坏。

2.计算机控制平衡、北斗定位－－可以通过技术手段解决

3.恶劣天气：

①天气预报来预告过于恶劣的天气，在极端天气发生之前将发电机降落，使用储藏能源与备用能源（1615 vs3571 千克标准煤）

②与灾害结合进一步讨论

4.机械故障维护：在一定高度范围设置可升降检修平台，并在整个电缆中放入微型机器人进行不间断检修，电力来源直接为电缆中的能量。

5.闪电通过升降躲避云层，在极端天气下可以紧急降落。同时在发电机上安装避雷装置。

电晕：常用的预防危害方法是更换粗导线、使用空心导线、采用分裂导线等

6.其他，内含有降落伞，在极度紧急情况下，可以使其缓慢降落

1.4.5 其他

1.利用电缆引导，加入材料与设计，使风阳能汇聚太阳光和月光，在世界中央点亮一棵水晶树（阿凡达里的那类）

2.在一定高度范围内设置观光与电缆检修两用升降平台。

能源详细计算：

1，生物质能：

各种生物质燃料热值均值：  16919kj/kg

转化效率：25%

1千克燃料发电量:

16919*25%/3600=1.175kwh.

1. 风能：

    

   转化效率η=20%

   空气密度ρ=5000米为0.6938kg/m³；10000米为0.4135kg/m³；15000米为0.1946kg/m³.

   叶片个数n=4

   风速v=180km/h，取v=50m/s

   半径R=10米

   计算可得：P=7.85*10³KW，每天的发电时间为6小时，一年中的有效发电天数为200天，年发电量7850*6*200=9.42*10⁶kwh，人数为600，人均可用能量为1.57*10⁴kwh。

    

   因此，风力发电完全可以满足个人和城市的发电需求。

   此外，电力不足的部分可以使用使用生物质能来补齐缺口，按照每千克燃料产生1.175kwh的电量，根据需求自由调控。

    

   能源分配：

   生活区：7.0*10³kwh (44.6%)

   农业区：3.0*10³kwh(19%)

   科研以及文化区：1.004*10³kwh（6.4%）

   工业区：4.71*10³kwh(30%)[包括食品加工、日用品、衣物以及其余工业设备的运转]