¿Qué método de generación de energía es el mejor para sostener una ciudad flotante?

La única respuesta posible a su pregunta es nuclear (fusión o fisión, no soy exigente) y eso todavía no es razonable.

Me temo que las respuestas de "ciencia dura" no satisfarán sus criterios. Algunas críticas a tu pregunta.

¡¿Cuánto poder?!
Una ciudad grande usa GW de energía, no MW.

Según Wikipedia, el uso de energía per cápita en el Reino Unido es de 244 TWhr/año y este sitio afirma un consumo de energía promedio de 35,8 GW . Dado que la población de Londres es aproximadamente el 11% del total del Reino Unido, esto hace que los requisitos de energía de Londres sean de aproximadamente 3,9 GW de generación eléctrica operativa. Esto es aproximadamente 100 veces el almacenamiento de energía que planeó proporcionar.

City Power
Renewables no funciona para usted, son energía difusa , lo que significa que necesita muchas cosas pesadas para generar la energía necesaria. Una de esas turbinas eólicas gigantes de alta eficiencia podría tener una generación de energía nominal de 2 MW, pero probablemente generó menos del 20% de esa energía. Entonces, su ciudad podría requerir 70,000 o más de estos para generar sus necesidades de energía para todas las cosas, excepto el vuelo estacionario , y eso es mucho peso, lo que descubriremos más adelante, es algo malo (TM).

Corrección del 23/4/15
Londres requiere alrededor de 3,9 GW de capacidad operativa, no los 47 GW citados anteriormente.

Generación de energía nominal de turbina eólica

¿Cuánto podría pesar esa fuente de energía renovable? Lo pregunto porque el peso será un factor muy importante, necesita algo denso en energía (mucha energía por unidad de peso), así como algo que no requiera combustible.$\rightarrow$entonces estás hablando de energía nuclear (fusión o fisión).

Aquí hay un artículo interesante sobre la eficiencia energética de varios esquemas de generación de energía.

Energía solar
Las células solares producidas en masa pueden producir hasta$175 \frac {W}{m^2}$. Sin embargo, si conecta ineficiencias en su operación (como el 50% del tiempo, no generan energía y la mayor parte del día producen mucho menos que la generación máxima anunciada), obtendrá aproximadamente$44 \frac {W}{m^2}$. Para suministrar completamente la energía necesaria para tal ciudad (ignorando el vuelo estacionario), necesitaría alrededor de 893,141,945$m^2$o un cuadrado de unos 30 km de lado digno de panel solar.

Almacenamiento de energía
Usted mencionó la historia de su energía en las baterías entre paradas de "reabastecimiento de combustible" y su uso cuando las fuentes de energía intermitentes (como la solar y la eólica) no están disponibles. Para un caso de prueba, pensemos en almacenar el valor de energía de una noche. Una noche son 12 horas * 3,9 GW de generación de energía = 47 GWh de almacenamiento de energía.

Potencia específica de la batería

Si tomamos nuestras necesidades de almacenamiento de 47 GWh y las dividimos por el mejor almacenamiento que se muestra en el gráfico de 200 Wh/kg obtenemos:

Las baterías están limitadas por la energía de los enlaces moleculares. Sin embargo, la energía nuclear proviene de la energía de la fuerza nuclear fuerte y esta es 1.000.000 de veces más energética por unidad de peso. A pesar de que apestamos extrayendo esta energía de manera eficiente (solo podemos extraer alrededor del 0,25 % de la reacción nuclear en nuestras centrales eléctricas), su densidad de energía extremadamente alta hace que sea aproximadamente 10 000 mejor para el almacenamiento y la extracción de energía que el siguiente mejor opción.

Hovering
Hovering presenta todo tipo de problemas propios. El primero de los cuales es que generamos sustentación por medio de un propulsor a través de la conservación del impulso. Los motores y las alas de los aviones utilizan la atmósfera como propulsor, pero deben suministrar la energía para moverla.

El único esquema de propulsión jamás propuesto para producir el tipo de empuje que necesitarías es la propulsión de pulso nuclear del Proyecto Orión . Utiliza bombas nucleares para proporcionar la energía, detonando alrededor de 1/seg. Este motor podría poner en órbita 8.000.000 de toneladas (aproximadamente el tamaño de una ciudad pequeña ) usando solo 800 bombas con un rendimiento de aproximadamente 272 kt cada una y hacerlo en aproximadamente 14 minutos.

Necesitarás algo aún más enérgico que esto para levantarse y mantener tu ciudad del tamaño de Londres flotando durante 6 meses o más.

Si asumimos que una "pequeña ciudad" es una de 70.000 personas y Londres es una ciudad de 7.000.000, entonces necesitamos escalar esta enorme nave por un factor de 100x. Los diseñadores del Proyecto Orión no incluyeron ninguna planificación para algo de ese tamaño, así que no tengo idea de si eso es práctico (el ingeniero que hay en mí dice que tendremos problemas), pero supongamos que podemos. Esto significa que debemos aumentar nuestra producción de bombas en 100 veces, colocándolas en 27 tm cada una.

Prueba a escala de Propulsión de Pulso Nuclear
https://www.youtube.com/watch?v=uQCrPNesQaY

Incluso este esquema de propulsión altamente energético no podía transportar su combustible y mantener una ciudad flotando durante 6 meses. Así que tu ciudad debe usar un esquema de propulsión aún más enérgico que la detonación de bombas nucleares debajo de ella para mantenerla flotando. La detonación de bombas nucleares presenta una serie de otros problemas (entre ellos, la protección contra la radiación y la gravedad aparente variable). Aunque podríamos hacer que la vida en tu ciudad sea sobrevivible, no será cómoda.

Pero imagina las condiciones del mundo debajo de tu ciudad flotante con algo más energético que una bomba nuclear de 27 mt detonando cada segundo durante un período de 6 meses. Estamos hablando de la aniquilación total de toda la vida en el planeta en muy poco tiempo.

La respuesta
Si excluye la energía requerida para flotar, podría razonablemente alimentar su ciudad con cualquier tipo de energía nuclear.

Si incluye los costos de energía de flotar, entonces la ciencia pura no es su amiga. Tendrás que introducir mucho handwavium para hacer realidad tu sueño. Los requisitos combinados de almacenamiento de energía, propulsión, generación de energía, etc. no encajan con el mundo tal como lo conocemos, ni siquiera en teoría. Necesita ficción para hacer que esto funcione y la ficción plausible no lo hará en este caso.

Una posible salida
Una posible salida a los problemas anteriores es la siguiente: la física dice que la energía no se gasta si el objeto no se mueve en el campo de gravedad. Poniendo esto de otra manera; si puede encontrar una manera de levitar esto, que no sea a través de la propulsión convencional, entonces en realidad no está gastando energía.

Una forma posible de hacer esto es la levitación magnética. Crea una pista que genere un campo magnético (enormemente poderoso) y coloca superconductores en tu ciudad. Los superconductores expulsan campos magnéticos del material y esto da como resultado la levitación.

Aunque la física dice que esto es posible, no sé cuál debería ser la fuerza del campo magnético (ciertamente muchos órdenes de magnitud más fuerte que el de la Tierra) y también necesitaremos una nueva familia de superconductores que no descomponerse bajo campos magnéticos tan poderosos.

Hay 3 propiedades que hacen que los superconductores pierdan superconductividad; son la temperatura, la corriente y la intensidad del campo magnético. Esto está MUY por encima de la fuerza crítica del campo magnético para cualquier cosa que sepamos.

Gráfico de intensidades de campo magnético críticas máximas para varios superconductores.

Dado que la respuesta fácil (montones y montones de globos de helio/hidrógeno más prácticamente cualquier fuente de energía, como nuclear o solar) sería aburrida, busquemos algo mucho más exótico:

Geomagnético.

La ciudad no está tanto flotando, como orbitando el planeta. Tiene un Ascensor Espacial propio, además de un montón de enormes velas que lo "anclan" contra el aire.

El ascensor espacial es lo suficientemente largo y pesado en el extremo que se extiende más allá de la órbita (semi) geoestacionaria, que mantiene a flote la ciudad, en un precario equilibrio entre caer al suelo y volar al espacio.

A medida que viaja a través del campo magnético del planeta, actúa como una atadura electrodinámica que proporciona toda la electricidad necesaria para la ciudad, incluida la energía para los ionizadores de aire que estabilizan la altitud y la velocidad de la ciudad, anulando los efectos de los vientos impredecibles y la pérdida de altitud debido a arrastre electrodinámico.

En efecto, la fuente de energía -real- es la fuerza del viento, no del viento natural del clima, sino del arrastre del aire contra la atmósfera que evita que la ciudad se detenga y caiga; impulsándolo a lo largo de la superficie del planeta; las enormes velas devuelven todo lo que se pierde a través del arrastre electrodinámico de la cuerda. La propia correa actúa como generador de la planta de energía eólica y suministra energía para los ajustes de los ionizadores de aire (que actúan como motores a reacción) siempre que el ajuste de las velas sea insuficiente. En última instancia, la fuente original de energía es la rotación del planeta, transferida a la ciudad a través del arrastre del aire.

Editar: el artículo de Wikipedia sobre Electrodynamic Tether tiene una enorme cantidad de análisis científico.

"En 1996, la NASA realizó un experimento con una correa conductora de 20 000 metros. Cuando la correa se desplegó por completo durante esta prueba, la correa en órbita generó un potencial de 3500 voltios". Los voltajes disponibles serían absolutamente enormes, aunque la corriente estaría limitada por la capacidad de descartar iones: los ionizadores de aire desempeñarían un papel fundamental en el extremo inferior, mientras que en la parte superior necesitarían potentes emisores de plasma para proporcionar el amperaje. mucho uso de la energía como proporcionarconvirtiendo la alta carga estática en flujo de corriente. Desafortunadamente, no puedo encontrar ningún número sobre la eficiencia de estos dispositivos; aún así, la mayor parte de su complejidad, costo y pérdidas hoy en día provienen de la necesidad de proporcionar voltajes enormes; en nuestro caso, tenemos voltaje más que suficiente. (y si quieres una forma más sencilla o más actual, baja un cable hasta que empiece a arrojar truenos al suelo... la gente de abajo sí tiene pararrayos, ¿no?)

La disipación de iones en el otro extremo del cable necesitaría emisores de plasma, pero allí hay una cantidad ridícula de espacio para ellos.

Esencialmente, la potencia disponible está regulada por la capacidad de las velas y las hélices de iones para alcanzar el consumo electrodinámico, con restricción opcional de la eficiencia de las hélices para disipar los iones, con la opción de "cables de tormenta de arrastre" para eliminar esta restricción.

La fuente de energía que es mejor para una ciudad flotante es la que tiene la relación más alta entre potencia y peso.

Hay un ingenioso panel solar nuevo que está esencialmente impreso en plástico kapton y proporciona alrededor de 150 MW de potencia si se distribuye en un área del tamaño de Londres (1572$km^2$). No es una planta de energía muy grande, pero pesa muy, muy poco. La desventaja, sin embargo, es que está dando sombra a su ciudad y aumentando las necesidades de iluminación artificial de sus ciudadanos. Sin embargo, si coloca los paneles en alas alejadas de la ciudad, puede aumentar el tamaño de los paneles exponencialmente mientras conserva la luz directa para la ciudad. La gente de abajo podría quejarse. También tenga en cuenta que estos son frágiles: es posible que se necesite más peso para plásticos más pesados ​​​​que puedan soportar los vientos y las tormentas en las que vuela, pero supongo que evitará activamente las turbulencias de todos modos, por lo que podría no ser un problema.

Más allá de eso, realmente estás mirando la energía nuclear. Puede producir enormes cantidades de energía utilizando reactores nucleares y pesa mucho menos que el carbón, el petróleo, el gas y otras fuentes de energía. Esto probablemente suministrará la mayor parte de su energía. Si aprovecha correctamente el calor residual, no necesitará las enormes torres de refrigeración, sino que lo utilizará para satisfacer todas las necesidades de calefacción de la ciudad (agua caliente, aire caliente, cocina, etc.). Considere los submarinos nucleares y los portaaviones como ejemplos: dos reactores nucleares más pequeños diseñados para soportar el valor de una pequeña ciudad de personas durante meses fuera del puerto a la vez. Solo tendrás que ampliarlo aún más.

Ni siquiera puedo comenzar a responder la bonificación de cómo hacer que esa ciudad flote. Pero para operar la ciudad...

TL;RD:

Puede alimentar su ciudad con energía solar en la azotea. Pero entonces no tendrá disponible la recreación y la agricultura en la azotea.

Trabajé en un proyecto de demostración de energía solar en la azotea, simplemente paneles solares planos, pero fue en Abu Dhabi, donde hay mucho sol. Era mucho más pequeño en escala que lo que se necesita para alimentar Londres, pero me da una buena idea. Lo siento, no sé cómo hacer las cosas bonitas de matemáticas, pero solo estoy escalando proporcionalmente.

Calculé que se necesitan 2,8 millones de unidades residenciales y también las áreas de planta baja (GFA, por sus siglas en inglés) asociadas para un desarrollo urbano compacto de 7 millones de personas.

También mencioné que recibí aprobaciones sobre todos los requisitos de servicios públicos para una ciudad completamente independiente que administré para 100,000 personas y las instalaciones, etc. asociadas.

Para una ciudad con 100.000 habitantes (y todos los demás 'edificios'), la carga de demanda total fue de 319MVA. Eres una ciudad en el futuro, mucho más eficiente, así que vamos a decir mil personas y sus otras instalaciones, hogares, tiendas, etc.: 1,000 pax: 1MVA. Tus siete millones requieren 7.000MVA.

Nuestro proyecto solar en azoteas calculó que para unas 1.000 personas (y las oficinas, clínicas, hoteles, escuelas, etc. que vienen con él) necesitábamos las azoteas de 4 hectáreas (ha): mucho, pero si las azoteas son el 80% de la porción urbana (4.500ha), eso significa que puede tener 35.000ha de energía solar, y estoy seguro de que tendrá energía solar avanzada para el año en que suceda su historia. Suficiente para alimentar tu ciudad con seguridad.

El problema aquí es que usamos muchos de sus tejados como usos recreativos y agrícolas en una pregunta anterior, para mantener la ciudad compacta.

Estoy feliz de calcular sus cargas de demanda, aguas pluviales, agua doméstica, aguas residuales, TSE, etc. si lo desea. :)

Nunca sucederá a menos que cambie su definición de vuelo estacionario para incluir el vuelo estacionario a una altura de 35,786 km, también conocida como órbita geosincrónica. Coloque un cilindro de O'Neill allí y podrá mantener colonias autosuficientes de 7 millones de personas. Los cilindros de O'Neill también podrían ampliarse para soportar poblaciones mucho más grandes. Y podría desplegar un gran número de ellos en geosincronización, puntos de Lagrange u órbitas en general.

También necesitará dominar la minería de asteroides, pero eso debería ser realista para 2250. Probablemente también desee un ascensor espacial para que subir y bajar sea económico.

Además, para 2250 no habría ningún problema técnico para mantener una población mucho mayor que 15 mil millones de personas en la tierra. Adopta energía de fusión a gran escala, satélites de energía solar o cualquier combinación de fuentes de energía que haga que la energía del planeta sea rica y limpia y pueda cultivar todos los alimentos que necesita con hidroponía o similares. La minería de asteroides también será útil para obtener recursos que son relativamente raros en el planeta.

Sin embargo, eventualmente llegas al punto en el que quieres mover la población fuera del planeta si la población crece sin límites.

Este es un suplemento a la respuesta de @SF. solo porque sí.

La electricidad atmosférica se puede utilizar para proporcionarle algo de energía y, técnicamente, podría hacerse incluso sin un ascensor espacial.

En 'buen tiempo', el potencial, también conocido como 'voltaje', aumenta con la altitud a unos 30 voltios por pie (100 V/m), cuando asciende contra el gradiente del campo eléctrico.[3] Este gradiente de campo eléctrico continúa hacia la atmósfera hasta un punto donde el voltaje alcanza su máximo, en la vecindad de 300,000 voltios . Esto ocurre aproximadamente entre 30 y 50 km sobre la superficie de la Tierra.

También puede colocar algunos condensadores y otras cosas para capturar los rayos que también serían atraídos por esta estructura gigante para un aumento de potencia rápido.

Como siempre, la conversión de materia directa ($e=mc^2$) produce la "mejor" fuente de energía y no es necesario tener baterías o cables para cargarlos. Solo aspira aire y conviértelo en energía. Usando el cálculo de @ jim2b de 47 GW para una ciudad, solo necesita medio kilogramo de material al año para alimentar su ciudad.

Dado nuestro ritmo de progreso, es completamente plausible que sepamos cómo aprovechar de manera segura una tecnología de ese tipo en más de 200 años.

Como han dicho otros, la levitación es la forma más conocida de lograr una ciudad flotante y, de nuevo, no se puede subestimar el ritmo de descubrimiento e innovación, especialmente si diseñamos un ASI.

Sin embargo, Isaac Asimov (¿creo?) ideó una 'lente gravitatoria' que enfocaba la atracción gravitacional de un cuerpo más distante en un objeto que le permitía superar la gravedad 'local', enfocando la gravedad del Sol o Júpiter en un automóvil, por ejemplo. Se desconoce cuán plausible es esto, pero podemos enfocar la luz y otras frecuencias del espectro EM. La gravedad tiene las mismas características de caída en su 'fuerza de campo'$1/r^2$- tal vez esa es una conexión lo suficientemente sostenible como para creer que uno puede enfocar la gravedad tal como lo hacemos con la luz.

La respuesta es muy simple, pero debes desechar tus suposiciones sobre cómo la ciudad flota en el aire. No necesitaría tener ningún tipo de planta de energía o baterías, sino simplemente construirse como un globo aerostático de enorme tamaño.

Buckminister Fuller describió esto como una "Nube 9", después de inventar la cúpula geodésica, y señaló que cuando el radio de una esfera se duplica, el volumen interno aumenta 8 veces. Para esferas muy grandes construidas sobre principios de cúpula geodésica, una vez que superan un diámetro de aproximadamente un kilómetro, la masa de aire contenida dentro es tan grande que supera con creces la estructura de la cúpula. En este punto, calentar el aire interior tan solo 1 grado F en comparación con el aire exterior haría que el domo flotara.

Una "ciudad" capaz de contener a todas las personas de una gran ciudad metropolitana como Londres podría no ser posible como una sola esfera, pero podría ser factible un grupo de esferas, cada una de varios kilómetros de diámetro y unidas entre sí por cables, pasarelas, etc. Esto tiene la ventaja adicional de permitir que los "suburbios" desaparezcan por varias razones, así como evitar que un desastre singular destruya toda la ciudad a la vez. La renovación urbana también es mucho más fácil, ya que las burbujas viejas se pueden desmontar y volver a colocar en su lugar.

La energía térmica necesaria para mantener estos enormes globos aerostáticos en el aire puede recolectarse con energía solar durante el día y ventilar el calor residual de las actividades internas y la maquinaria hacia el interior durante la noche. Moverse más al norte, donde la temperatura promedio es más fría, hace que estas burbujas floten mucho más fácilmente, mientras que moverse hacia el sur, hacia los trópicos, requeriría una mayor entrada de calor en los domos para mantener un diferencial de temperatura entre el interior del domo y el aire exterior.

Un problema con cualquier ciudad voladora, especialmente las grandes, sería minimizar los efectos no deseados de ensombrecer grandes áreas de tierra debajo. Los globos "Nube 9" podrían ser en gran parte transparentes, lo que permitiría que algo de luz solar pasara a las personas que se encuentran debajo.

Dependería en gran medida de qué tan alto quieras flotar. La densidad del aire se reduce a medida que se sube demasiado. Y el uso del flujo de aire (o la resistencia de ciertas formas al flujo de aire) puede proporcionar soluciones de menor energía a niveles atmosféricos más bajos.

Esto no es diferente a la flotabilidad. A profundidades más bajas, la flotabilidad ejerce más fuerza que la gravedad (con la densidad del material determinando cuál es el punto de equilibrio).

Ciertamente, las competencias de lanzamiento de huevos brindan mucha información sobre cómo resistir la gravedad con la menor energía posible.

Pero si quieres flotar demasiado alto, la atmósfera será de poca ayuda.

Algunas cosas a considerar:

• La fisión nuclear es de alto rendimiento, pero también muy pesada, no es buena para una ciudad flotante.
• La fusión nuclear tiene un rendimiento aún mayor, pero el peso es el mismo, por lo que no es bueno.
• Las energías renovables como la solar, la eólica, pueden ser buenas para usted porque son un poco más livianas pero tampoco producen tanta energía.
• Las plantas de combustibles fósiles son similares a las nucleares, producen menos energía pero siguen siendo pesadas, no buenas.
• Hidroeléctrica o mareomotriz es imposible/impracticable tan alto en el aire.

De estas opciones, creo que la mejor es probablemente la combinación: algunas energías renovables por menos peso y tal vez una planta de energía normal a pequeña escala para obtener más energía.

Las baterías se pueden cargar pero no producirán energía, solo distribuirán.

¡Hay una manera de lograr esto sin hacer estallar una bomba nuclear de 27 megatones cada segundo!

Que la ciudad esté en órbita es obviamente la mejor manera de tenerla 'sobrevolando'. ¡Pero en órbita no hay aire! Entonces, ¿qué podemos hacer?

Bueno, para que un objeto esté en órbita, su centro de masa tiene que estar en esa elevación donde está en equilibrio entre la gravedad y la fuerza centrífuga.

También necesitamos aire en la ciudad, por lo que la mejor solución que se me ocurre es tener un contrapeso en la ciudad, encima de ella, en un punto lo suficientemente alto como para tener todo el centro de masa en ese punto de equilibrio perfecto.

Probablemente también necesitará muchas cuerdas de nanotubos de carbono de un diámetro considerable para unirlas a objetos masivos.

Un problema es que la ciudad no podrá detenerse para repostar. Esto se puede resolver haciendo que los barcos vuelen para depositar las mercancías en la ciudad real, lo que sería costoso, pero sería menos costoso que tener algún tipo de motor las 24 horas del día, los 7 días de la semana.

La distancia probablemente tendría que ser ajustable debido al reabastecimiento de combustible (cambios de masa). Esto se puede superar si se garantiza que los residuos eliminados tengan una masa similar a la de los nuevos productos que se están incorporando. Otra solución para no tener que ajustar las distancias sería tener pequeños propulsores de corrección o pesos móviles que se muevan sobre las cuerdas. (Ascensores)

Un beneficio es que las cuerdas de nanotubos de carbono podrían servir como ascensores espaciales, y luego puedes tener una suite espacial en el contrapeso, donde la gente puede pasar el rato y ver las estrellas.

Además, puede tener grandes paneles solares en el contrapeso para alimentar la ciudad de abajo. O puedes tener generadores nucleares allá arriba, a una distancia segura de la ciudad. Los paneles solares tendrían luz directa (sin atmósfera de la que preocuparse, por lo que la luz es más intensa).

¿Por qué quieres un solo tipo de poder? Nosotros, como sociedad, combinamos múltiples tipos por una muy buena razón.

Supuesto - 7 millones de personas = 3 millones de hogares. El consumo de energía del vuelo estacionario es un consumo de energía significativo.

Ahora, una batería de 4 GAh es una pena para esta ciudad. El hogar británico medio utiliza 4 MWh/año. Como soy flojo, estoy equiparando 1 GWh = 1 GAh.

Eso significa que la batería puede alimentar 1000 hogares durante un año, o 3 millones de hogares durante 2,67 horas. Menos ya que tenemos que alimentar el dispositivo flotante, y también quizás alimentar la carga industrial/comercial.

Es poco probable que una sola fuente de energía pueda satisfacer nuestras necesidades.

La energía solar hará que la ciudad se estrelle la primera noche. El viento hará que la ciudad se derrumbe cuando el viento amaine durante varias horas. El carbón/gas sería demasiado pesado y provocaría que la ciudad colapsara cuando se agotara el combustible. La energía nuclear sería demasiado pesada (necesita mucha agua como protección) o explotaría el éter o perdería radiación (no puedo recordar cuál es probablemente el mayor problema).

El poder vendría a través de una jerarquía.

1) Solar/Eólica.

2) Hidro.

3) Residuos en energía.

4) Respuesta a la Demanda.

5) Almacenamiento de batería.

6) Fósiles.

La energía tendría que provenir de una variedad de fuentes, y la respuesta a la demanda sería esencial. La energía solar y la eólica serían las mejores en términos de energía total producida durante un año/peso requerido al inicio, y al usar ambas, se reduce su 'intermitencia'. Entonces necesitaría tener algunos planes de contingencia para cuando el sol y el viento estuvieran bajos.

Podría estirar un poco más las energías renovables mediante el uso de la energía hidroeléctrica. La premisa básica sería 'captar agua en la ciudad (aguas residuales y lluvias), vaciarla en cañerías al costado, y en el fondo de estas cañerías, tener una turbina. Cuanto más alto flote la ciudad, más turbinas podrás tener. Esto también se puede utilizar para mitigar los riesgos de la energía intermitente, ya que podría almacenar el agua en la ciudad hasta que se necesite.

Waste to energy resuelve dos problemas en uno. Hazlo.

Respuesta a la Demanda/Almacenamiento. Obviamente, existe la batería como almacenamiento, también tenemos un gran tipo de almacenamiento, similar a los sistemas de almacenamiento 'hidráulico bombeado'. Disponemos de un sistema de almacenamiento urbano por bombeo. Cuando sople el viento y brille el sol, haz que la ciudad ascienda lentamente hasta el punto más alto posible utilizando más energía para el dispositivo flotante. Por la noche, cuando amaina el viento, desconecte la energía del dispositivo flotante y la ciudad se hunde gradualmente. También puede usar una respuesta de demanda más normal y simplemente cortar la energía de las personas si el viento y el sol caen; las personas preferirían que se corte la televisión que una horrible muerte por fuego en un accidente de la ciudad.

Entonces, querrá algunos combustibles fósiles para cuando estas opciones no sean suficientes. El gas probablemente sería lo mejor, ya que se puede encender/apagar rápidamente para reaccionar a las caídas repentinas de viento/solar. Realmente no he buscado la producción de energía por peso requerido, pero eso no importa, ya que se espera que sea un porcentaje bajo del consumo de energía anual total, esto es solo "la ciudad está a punto de colapsar, encienda la copia de seguridad energía". El carbón tarda horas/al día en acumularse.

Editar: debería hacer un comentario sobre la realidad y más de 200 años de progreso tecnológico. Estoy suponiendo que toda la tecnología aumenta en eficiencia aproximadamente a la misma velocidad, y que esta velocidad es suficiente para que la pregunta se pueda responder. La evolución de las baterías es la única excepción, que supongo que ha evolucionado hasta el punto en que podemos permitirnos la batería 1 mencionada en el OP, y ninguna otra. Estas suposiciones pueden implicar algunos gestos manuales, como suponer que las ciudades flotantes se pueden hacer sin aniquilar todo lo que hay debajo.