能源供给侧

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1.太阳能光电转换

• 基础数据分析：西藏墨脱地区cSi光伏发电量（PVOUT）为1117.9kWh/kWp，水平面总辐射量（GHI）为1317.9kWh/m^2，法向直接辐射量（DNI）968.1kWh/m^2，光伏组件最优倾角（OPTA）为29°。
• 发电装置较于传统的优化

A. 光伏材料：本世界计划使用由越韩团队研制出的最新光伏材料异质结+钙钛矿太阳能电池，该子电池能够吸收短波长范围内的所有太阳光谱，转化率达30.09%。

该串联器件由双面晶体硅钙钛矿过滤异质结子电池构成，能够从正面和背面吸收太阳光谱，并与半透明非晶硅子电池相比实现显着增强，因为它吸收了短波长范围内的所有太阳光谱。子电池中使用的钙钛矿是甲基铵-铅（III）碘化物（CH 3 NH 3 PbI 3）。空穴和电子传输层是用氧化镍 (NiO) 和 PCBM 开发的，PCBM 分别是巴克敏斯特富勒烯 C60 的增溶版本。NiO 通过原子层沉积 (ALD) 工艺沉积，而旋涂用于在吸收层上涂覆 PCBM。厚度为 200 微米的商用直拉生长 n 型晶体硅晶片用于异质结电池。通过簇系统中的等离子体增强化学气相沉积在电池上生长非晶硅层。研究人员解释说，在传统的四端钙钛矿/硅配置中，短波长范围内的太阳光谱被钙钛矿顶部子电池吸收，而剩余的光则被下面的硅异质结子电池吸收。

B. 控制器：本世界计划使用华为最新FusionSolar光伏控制系统。在发电侧，将AI、云等新ICT技术与光伏进一步深度融合，打造 “高效发电、智能营维、安全可靠、电网友好” 的智能光伏电站， 助力光伏成为主力能源。在用电侧，推出行业绿电解决方案，开启低碳新时代；在家庭场景，推出24h绿电解决方案，率先实现24小时享受清洁电力，开启零碳新生活。

• 发电量：墨脱县每年太阳总辐射量达5140MJ/m^2。考虑电站损耗等，电站系统效率约为80%。初步假设太阳能板面积为10000m^2，计算得年发电量342.6wkwh。
• 组件更换：太阳能板的维护，保养。光伏组件长时间运行后，组件表面会沉积尘土或污垢，这样会降低组件的输出功率，建议定期清理组件。另外考虑光伏板质保30年，逆变器质保5年，将派出人员进行定期更换。
• 考虑季节性 ：受自然环境影响严重。太阳能发电受日照时间及天气制约严重，阴雨天及夜晚无法发电，为摆脱天气制约，保证电能及时供应，应将太阳能作为辅助能源使用，或者加装蓄电池储存平时过剩的电能

2.太阳能光热转换

  在太阳能光电转换的基础之上，本设计方案计划加装槽式光热系统。通过集热器收集热量，产生的热水直接供给居民，避免通过电烧热水产生的损失；通过以水蒸气为介质的朗肯循环进行高温太阳能光热发电，可调度性高，可以随时根据负荷调整发电量，平滑地输出功率，因此可作为电网旋转备用和为消峰填谷出力，减少太阳能光电转换效率一天中随时间变换带来的影响。同时与地热能结合，增加发电量。由于具体数据缺失，此处不作具体计算。

3.太阳能光化学转换

  目前比较主流的是光-电解水制氢和光催化分解水制氢，本组计划使用能量转化效率较高（约30%）的太阳能分解水制造氢气，用以工业生产和燃料供给等，由于具体数据缺失，暂不做计算。

4.风力发电

• 基础数据分析：青藏地区，平均有效风能密度按700瓦每平方米，考虑局部小地形16.3%风力增加，有效风能密度取814瓦每平方米。风能资源决定于风能密度和可利用的风能年累积小时数，我国的青藏高原地势高亢开阔，海拔较高，对风的阻挡小，风能较大，且青藏高原冬季东南部盛行偏南风，东北部多为东北风，气候原因决定了青藏高原风量大。
• 发电机技术：本世界计划垂直轴发电机与水平轴发电机混合使用，在远离居住地的地方使用水平轴发电机，在居住地使用噪音较小的垂直轴发电机，并且有意扩大垂直轴发电机的使用，同时辅以超导发电机技术。现在不同的风力发电机组的利用率不同，大型水平轴3叶片风力发电机组的利用率根据风力的大小都有所不一。以1.5MW大型风力发电机组为例，额定风速在13~16m/s。风轮直径在60-70M，Cp值也就是风能利用系数在0.45左右。也就是利用率在45%左右具体数据需要根据设计方案。对于垂直轴风力发电机组，Cp值要低。
• 发电量计算：由于网页空间限制，具体计算我们放在世界说明书中。年发电量20.22wkwh。
• 组件维修及更换：风机的维护，保养。风机组件长时间运行后，组件表面会沉积尘土或污垢，这样会降低组件的输出功率，建议定期清理组件。运维方面，以一个典型的微型集中式风电项目为例，需要配备一支5人左右的运维团队。垂直轴风机结构轻简没有复杂的变桨、偏航系统、没有齿轮箱，基本上免维护。在采用远程监督控制管理的模式下，每年只需定期维护即可。

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5.水力发电

• 基础数据：“清霁桃源”位于中华人民共和国境内水力资源最丰富的河流——雅鲁藏布江边，我们决定充分利用现成的水利发电资源。
• 能源计算：水能的计算方法

N=9.81ηQH净=AQH净（kW）

式中：

N为水电站实际功率，kW;η为总效率;Q为发电日平均流量，m3/s；H净为净水头，m；A为出力系数，在初步规划设计中，大中型水电站可取7.5-8.5，小型水电站可取6.5-7.5。

发电机：0.95~0.96，水轮机：0.88~0.92，加上引水道水头损失等，

小型水电站综合效率：0.75~0.82。

水电站机组调速器系统进行过技术改造，改造之前使用MCE公司的MIPREG DGC叶开度为75%，桨叶开度为55%，净水头为8.6m，上位机显示流量为300m/s。

大型水电站占地过大不适合于百万立方小世界，且无法查询到有效数据。

以此为参考标准：

在勘测阶段的墨脱水电站位于西藏雅鲁藏布江下游米林县派村(区) 至墨脱县希让村的260km "大拐弯"峡谷段，该河段落差为2350m，派镇的多年平均流量600亿m³。河弯直线距离35 km，可打巨型隧洞引水，沿西让曲河谷布局六个1000万kw的大型水电站，每个电站利用400米落差。总装机6000万kw。成为世界第二的超级水电站。穿过喜马拉雅山至墨脱城下游发电。

它利用米林县和墨脱县之间的海拔高度差，然后洞穿两地之间的山脉，构建出直线距离长达40公里的超级引水孔洞，并在这段距离中建造了6个超级发电机组，每个发电机组功率为1000万千瓦，这6个发电机组的总装机量就高达6000万千瓦。

该水电站发电日平均流量为1.643亿m³，

鉴于百万年立方世界中的水电站规模差异以及水流量做出误差估算：

该大型水电站落差为2350m，百万立方估计为500m。

河流宽度为35km对比为1km。

水电站效率规模影响因素：粗略估计为10:1。

综上发电日平均流量为99.87k m³。

所以年发电量为741.9224wkwh

• 问题及其解决方案：

A.上游泥沙淤积

B.地下水位提高

C.河岸带淹没

D.水环境污染

E.水土流失

措施：

1.额外生态环境保护工程措施。实施喷混植被混凝土的护坡方式，集固坡与促进植被生长功能为一体，并结合周边自然景观，增加水电站生态工程观赏性。对于施工临时道路，采取洒水措施，减少扬尘等风蚀危害。山谷坡地引水渠、排水沟，及时疏导地表径流避免大型泥石流产生。

2.定期开闸冲淤，通过大量放水形成急速水流，对湖底泥沙进行冲刷，解决泥沙淤积问题。每年派出负责人对水库周边环境进行巡查、维护，以应对突发工程环境事件。

3.优化工程结构设计。建筑物采用混凝土坝或橡胶坝，以减少土石开挖，降低水土流失。采用渡槽工程代替引水隧洞，最大限度减少地表水资源流失，保护生态环境。

4.树立环保意识。在工程设计、施工过程中、运行过程中均树立环保意识，在获取水能的同时，不忘对周边环境进行修复治理，最终恢复水电站建设之前的生态环境。

6.地热能发电

• 基础数据：选取离墨脱较近的林芝市作为参考,温泉数较多，并且平均温度超过八十度，十分具有开采价值

• 技术：双循环技术，在地热资源温度较低时（低于150℃），流体中存在的气体压强无法满足涡轮机的最低运行要求，通常采用双循环技术进行发电。利用双循环技术的地热发电站也称为二元地热发电站（binary geothermal power plant,B-GPP）。类似于传统的化石核电站，B-GPP通过利用低温地热流体的热能加热其他具有低沸点的流体来产生高压气体，再利用高压气体驱动涡轮机进行发电。双循环地热发电系统如图7所示。地热流体从生产井中提取并进入热交换器，在热交换器中完成换热后流入回注井。在热交换器中，低温地热流体通过与低沸点的介质流体进行热交换，产生饱和热蒸汽，然后产生的饱和蒸汽进入涡轮机带动发电机发电。用于热交换的介质流体临界温度与临界压力远低于水。由于双循环过程中地质流体与电力生产设备没有直接接触，因此双循环发电技术可以防止管道结垢和腐蚀效应
• 发电量计算：数据缺失，预估年发电量150wkWh。

7.地热能的直接利用

  本设计方案对于温度低于150℃的浅层地热资源，开发利用形式基本以直接利用为主，各种常见的地热能直接利用形式及对应温度范围如图所示。

  在中低温地热系统（90～150℃）开发利用过程中，地热流体中的热能通常会转换为其他形式的能量而导致自身温度逐渐降低。为了提升能量的整体热效率，我方计划对地热能进行梯级利用，即在地热能应用过程中，将出口处的地热流体应用于下一温度梯级的能量系统。图2展示了一个典型的地热能梯级利用系统。该系统中地热能被应用于发电、制冷和直接使用。首先，中等焓地热流体从生产井中提取并进入第一梯级系统进行发电；随后进入第二梯级系统进行制冷；在第二梯级利用完之后，低温地热流体在第三梯级系统被直接使用。

8.地热能与太阳能

  单一太阳能发电存在成本高、发电不连续、发电量不稳定等缺点，单一中低温系统发电存在难度高、发电效率低、能源品位低等缺点，而地热能-太阳能综合利用系统可以很好地解决上述问题。地热能-太阳能系统的结构并不复杂，旨在利用低成本的太阳能集热器来提升地热流体温度，以增加低温地热系统的发电量。图9展示了一个典型的地热能-太阳能系统。该系统由液态低温地热流体、太阳能集热器和ORC组成。系统中太阳能集热器吸收阳光中的热能后，可将低温地热流体从95℃加热到130℃，再通过ORC模块产生电能。

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能源传输

  本设计方案中关于电能的输送方面应用了微电网（Micro-Grid），即一种新型网络结构，是一组微电源、负荷、储能系统和控制装置构成的系统单元。微电网是相对传统大电网的一个概念，是指多个分布式电源及其相关负载按照一定的拓扑结构组成的网络，并通过静态开关关联至常规电网。（图1为传统电网结构，图2为微电网结构）

  相较于传统电网结构，微电网有以下特点：

• 智能微电网集成了多种能源输入、多产品输出、多种能源转换单元，是化学、热力学、电动力学等行为相互耦合的复杂系统，具有实现化石燃料和可再生能源的一体化循环利用的特点。
• 智能微电网可孤岛运行，由智能微电网内的分布式电源给智能微电网内关键负荷继续供电，保证负荷的不间断电力供应，维持智能微电网自身供需能量平衡，从而提高了供电的安全性和可靠性
• 微电网可进行电力的短距离传输和使用，比如在电力生产地附近进行直接应用到户，而不经过中心电网，从而实现闭环，通过这种方式可以将较低电压的直流和交流电力进行“就地消耗”而不是“长距离上网统一调配”。这种模式主要优势是对电力的损耗较小，并且由于采用分布式的电力传输技术，因此能够实现居民用电的稳定性，而不是中心化的管理模式。

能源存储

  本设计方案计划安装少量由我国科学院大连化学物理研究所开发的具有自主知识产权的高比能量、大容量锂硫二次电池及电池组（第三方检测报告显示，该研究组研制的35Ah电池的比能量达到566Wh/kg(25℃测量)，39Ah电池的比能量达到616Wh/kg(50℃测量)，1kWh锂硫电池组的比能量达到332Wh/kg。这是截至2020年世界上比能量最高的锂硫电池和电池组），以解决突发情况以及削峰填谷，保证居民生活用电以及工业用电的稳定性。

备用能源

  本设计方案计划使用微型核电站作为备用能源，该能源主要作用是防止能源供应的突然中断，保障居民及工业用电的稳定性以及在世界初期其他能源建设未完成供能不稳定时进行能量供应。具体设计如下：

   该核电装置将深埋地下，应急时启动。使用铀作为反应堆燃料。一个核发电设施预计需要几个这样的模块同时运行，并需要核工程师来操作。由于它的大小，该核电设施会需要更少的铀。这分散了发生大型核灾难的风险 。作为额外安全措施，铀不但会保存在特殊封装容器内，并且会浸入水中。为避免日本福岛核泄漏那样的灾难，若水循坏的水泵发生故障，微型核反应堆会使用天然对流。由于它们的可移动能力，可在电网故障（或人为破坏）时为军事基地提供能源。