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[工程技术] 新能源发展的瓶颈:储能

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 楼主| 发表于 2021-3-20 09:20:28 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
本帖最后由 晨枫 于 2021-3-20 22:35 编辑
9 o4 K1 ^, I4 y& Y1 R, q1 D8 T: N$ b+ y" v& t9 {
4 T$ A, l% C7 M* g
* x! d! }- T$ ?) x6 _8 I

9 V" y" y4 {5 u0 K5 b
7 V! g% [4 v4 N  w8 l
. I6 W7 ^: P. F% y非化石的各种发电无污染,但都受自然现象影响很大,如日夜、风力、枯水季等
$ g) @7 U8 m) P1 T/ Y# f4 u$ K  U/ P% J+ l( H* e4 `
光电有日夜问题,风电有天气问题,水电有枯水季问题,波浪受海情的影响很大,潮汐的落差太小,新能源发展如火如荼,但问题还是不小,最大的问题是间隙性。全国互联的大功率智能电网能解决一部分问题,但不能本质解决,而中国峰值用电问题在增加。
/ \- l+ S+ G7 ?+ c! J  V) g6 i  U- C7 F  T3 f9 Y
据说美国的用电是30%工业、70%民用(居民和商用),中国正好倒过来,30%民用、70%工业。这当然反应了中国是世界制造业绝对第一大国的现实,但这个比例会逐渐美国化,如果不至于达到正好颠倒的地步。南方供暖、北方空调都是用电才能解决的问题,其他方案都有各式各样的效率问题。包括照明、空调的商业用电的通宵化也会增加。另一个潜在用电大户是城市农业。
) p, e3 B3 ^8 v& l0 p* q
) p# M* C9 k: U- ^2 l& ?$ m6 W) d( w* ~5 _
( b- L' a9 Q5 M! ^
: _7 W+ f# v. O- l' a+ x
城市菜园可解决占用耕地和新鲜果蔬问题,但需要电力
+ M( k* U. Q3 Y) a
/ Z+ @' I2 K1 |  s) r- z屋顶菜园、地下菜园、室内垂直菜园等各式新式菜园可能成为未来城市食品的重要来源。屋顶菜园还好,用电主要是灌溉,地下菜园就要加上人工照明了,室内垂直菜园还需要加上温控和栽培架的定期转动和换位。这些都需要用电,而且不能有间隙性,或者是反周期的。" r- q$ X  h5 A4 _
) f% a% ]  X- J" T, d
用化石燃料作为峰值电力来源是最近便的解决方法,但碳排是无法回避的问题。核电不仅有乏燃料的处理问题,还不宜迅速增减负荷,不适合用作调峰电力。抽水储能需要在山顶建水库,安全隐患难以回避,尤其是在最需要调峰电站的人眼密集地区。铅酸蓄电池效率低,固体污染大,作为大规模的调峰电站不可行。锂电池的大功率集中使用的安全性是个大问题,也有固体污染处理问题。还是需要专业、高效、安全、容易遍地铺开的新技术调峰电力技术。( f) q/ `/ k) v0 n% |, V  O
2 Y) i9 Z9 ?6 _5 N- U5 v' W
用过剩电力制氢,把氢(气态或者液态)存储起来作为储能,在需要的时候用氢燃料电池或者直接燃烧发电,这是另一个思路。不过电力制氢的成本还是很高,效率也偏低,储氢又是一个不好解决的问题,就地使用还好说,长途运输的安全是个大问题。制氢也需要水源,这是另一个制约。用海水制氢倒是不怕缺水,但电解后产生的盐酸和烧碱不好处理,工业用量没有那么大,直接排放绝对不可行,日积月累更是危害大大。
9 ^1 k# y4 z2 J5 j# I
! G. Z- y( V  r2 O9 r( q) f4 y4 m; B  F/ _' i
大型矿坑本来就好比深挖地下的人工湖,用于抽水储能的下储水池正好" ]: k" v7 E3 I- Z9 ], c' Y, C
/ D# `# C0 Z. G5 J% Y3 z
+ J' V! g: K+ c. E' ]+ J1 y, \
废弃的地下坑道适当加固、防漏后,也可以作为地下储水池
0 j1 E: u% `- ^/ K& g9 ]( O2 D. e: v/ I2 J- e8 |, T3 Y, l
抽水储能在技术上简单、成熟,但地理和安全是个问题。然而,如果有条件,而且地理条件容许,地下坑道、采石坑、露天煤矿矿坑等可以利用起来,天然岩洞、溶洞也可以考虑。可能需要精细的地质考察,也需要对洞比进行适当的加固和密封。但一旦建成,这样的地下抽水储能可以用现成可靠的技术,在新能源发电高峰时把水抽上来,灌到地面的上储水池。在需要调峰或者低谷补电的时候,把水放回地下,在此过程中发电。
! ?2 j; e; r6 L$ X1 z  a/ X
& d" e* `% ^" I2 X' B
( S  x' p* a' b' X$ x0 {5 ~光热电站可以把过剩的高温熔盐在地下储存起来,夜间再抽上来用于发电
  \- r* b0 a+ T! W. g2 K; q( R) _1 I, v( x8 Z4 {1 V9 s, T
光热发电可以用熔盐。这也可以在发电高峰把高温熔盐灌到地下岩洞保温,需要调峰和低谷补电的时候抽上来发电。这不仅需要有合适的地下岩洞,还需要对洞壁保温、防漏,要求比地下抽水储能更高,但直接与光热电战整合到一起,日夜发电。
6 x6 Z' d8 J" b5 m' k# q, ?& f8 z; R; y4 Z& x) M5 e$ e
此外,就需要一点歪门邪道了。
- H- E5 h- Q( s; X! G1 W2 z5 b
. [3 k+ j4 y, a( [' ~8 v4 V" Z4 a
- F& o: V! ?6 H# e# A; n借用缆车的思路,可以用缆车装载重物,在储能的时候搬到山上,在发电的时候装进缆车用重力拉动发电
# `4 [3 x+ f5 i) O1 r" v6 C4 P# y8 Q9 @6 h& ^
山顶观光缆车是一个思路,只是反过来。在储能的时候,把重物通过缆车拉到山顶的堆放场;在发电的时候,重物依次放进缆车,靠重力下拽,驱动发电机发电。这只要在一般的山区都有条件实现。在光电发达的西部,也正好有很多高山。荒凉的高山上建这样的缆车电站对生态和景观的影响很小,但可以就地解决储能问题。
* s9 N  ^+ N9 |* l* }; y4 J2 e9 ^
即使在相对平坦的东南沿海,也有足够的丘陵可以建造这样的缆车电站。用拦阻沟、拦阻坝等,安全问题比高山水库要容易解决得多。
( z3 y9 N+ y" Y0 g5 }* U" B$ k, s; c$ n
同样的缆车电站可以在深水实现,既可以用重物,但需要克服浮力对效率的降低;也可以用浮体。比如说,在储能期向空心球内充轻质油,用电力拉到水底;在发电期上浮,拉动发电。或者更加高效一点,在储能期有重力自然下沉,在水下充填轻质油,节约电力。上浮发电是一样的。这可用于近海或者深水湖。还可以利用深水与浅水的水温差别进一步增加浮力效应。  ?- D2 q% x8 v7 w2 t4 [

( T2 E( ?) A1 k0 d& z- ]) d% Z一旦储能问题解决,新能源就如虎添翼了。配合以核电,中国的能源瓶颈就成为历史了。
2 i/ N. b  S, i% h( K- k8 [$ k

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  • TA的每日心情
    无聊
    2020-1-2 12:07
  • 签到天数: 1 天

    [LV.1]炼气

    沙发
    发表于 2021-3-20 09:48:56 | 只看该作者
    答案现成的, 电车。

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      发表于 2021-3-20 22:34
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  • TA的每日心情
    慵懒
    昨天 05:32
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    [LV.10]大乘

    板凳
    发表于 2021-3-20 10:10:43 | 只看该作者
    成本价格才是瓶颈。储能是技术问题,过去20年就有不少东西出来。氢能最近已如火如荼,大家拿也插腿了。另外,生物能也是一新能源,好不?

    点评

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      发表于 2021-6-26 03:33
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    该用户从未签到

    地板
     楼主| 发表于 2021-3-20 10:15:07 | 只看该作者
    嘉洲 发表于 2021-3-19 20:10. w/ n9 d( U3 G4 C6 F" N. Q3 Q8 K% _9 O
    成本价格才是瓶颈。储能是技术问题,过去20年就有不少东西出来。氢能最近已如火如荼,大家拿也插腿了。另外 ...

    / m4 u8 ^: v8 _, |0 H5 C氢能在制氢、储氢、运输等关键问题解决之前,无法成为主流。" ?6 [- I+ {6 f/ V
    # E# M/ y; G$ K3 N
    由于耕地和能量密度的关系,生物能也难以成为主流。
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    5#
     楼主| 发表于 2021-3-20 10:16:35 | 只看该作者
    semtex 发表于 2021-3-19 19:489 ^+ b% L& ~: y: z. h! {
    答案现成的, 电车。

    ) P8 @$ |3 u2 A# J不行。电车正好是反循环的,充电是在发电低谷。
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  • TA的每日心情
    慵懒
    昨天 05:32
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    [LV.10]大乘

    6#
    发表于 2021-3-20 10:31:02 | 只看该作者
    本帖最后由 嘉洲 于 2021-3-20 10:50 编辑
      L- t% q" \' a& {8 a0 V( l' u* c( E
    晨枫 发表于 2021-3-20 10:15, [3 B) [, f8 f8 a
    氢能在制氢、储氢、运输等关键问题解决之前,无法成为主流。
    / x3 w( s5 _1 s; M+ E+ ^3 c5 d, J( H3 K# s  H( U% n
    由于耕地和能量密度的关系,生物能也难以成 ...
    ' _; G0 `* b. }+ t) }

    + q7 b2 O! a/ L) R, ?; w4 C0 [下一代生物源,比如海藻。粗生物油二级提纯技术,欧美中都在干,目的之一就是解决能量密度的问题。从技术角度看,实现难度不大。但成本就…
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  • TA的每日心情
    无聊
    2020-1-2 12:07
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    [LV.1]炼气

    7#
    发表于 2021-3-20 10:32:24 | 只看该作者
    晨枫 发表于 2021-3-20 10:16
    ! g) C  Q8 a) J" ]  K  [4 m' _不行。电车正好是反循环的,充电是在发电低谷。
    # y- f7 g4 x: Y6 Y2 g
    不是, 其实车绝大多数情况都是静止不动的,都可以充电。
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    该用户从未签到

    8#
     楼主| 发表于 2021-3-20 11:03:26 | 只看该作者
    嘉洲 发表于 2021-3-19 20:31& H/ ?; B2 _, \3 E5 C
    下一代生物源,比如海藻。粗生物油二级提纯技术,欧美中都在干,目的之一就是解决能量密度的问题。从技术 ...

    & A) s$ {! g/ l. a成本当然也是大问题啊。海藻需要海域,有生物和抗生素污染的威胁。现在海水鱼场已经是大问题了。
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    该用户从未签到

    9#
     楼主| 发表于 2021-3-20 11:04:57 | 只看该作者
    semtex 发表于 2021-3-19 20:32
    , A4 A; t/ w, b1 b) i& D不是, 其实车绝大多数情况都是静止不动的,都可以充电。
    6 ]: O! L' F! Z9 \( ?+ q

    1 e) [: c0 v1 v0 g这只是上下班人的车。而且所有工作和商务停车位都要能充电,任重道远啊。
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  • TA的每日心情
    奋斗
    2023-1-1 00:24
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    [LV.10]大乘

    10#
    发表于 2021-3-20 11:45:49 | 只看该作者
    美国建了工业级的锂电池储能电站。不清楚成本价格,大概率是需要政策补贴
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    11#
     楼主| 发表于 2021-3-20 11:54:41 | 只看该作者
    drknight 发表于 2021-3-19 21:45
    1 h  n  q# n/ U3 X9 T; v  X美国建了工业级的锂电池储能电站。不清楚成本价格,大概率是需要政策补贴 ...

    0 ]  C3 O/ Y4 [) |7 _8 E$ l' t- [8 J- I& k
    废电池的处理和安全是死穴。而且锂电池蓄电站难以做到很大。电网的要求可不必汽车甚至船舶。
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  • TA的每日心情
    无聊
    2020-1-2 12:07
  • 签到天数: 1 天

    [LV.1]炼气

    12#
    发表于 2021-3-20 11:56:47 | 只看该作者
    晨枫 发表于 2021-3-20 11:04
    ! G* J( Z# x5 Q" {$ @" w- b这只是上下班人的车。而且所有工作和商务停车位都要能充电,任重道远啊。 ...
    % R- M9 T: f4 ~: Q0 F; r  L

    $ n5 {8 a) U; E* T5 ]可是得到的结果呢? 风光, 超高压, 电车。 这些世界上谁有呢? 也许美国还能跟得上。 日本肯定不行了(丰田), 德国也麻烦(奔驰)。
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  • TA的每日心情
    慵懒
    前天 09:07
  • 签到天数: 2180 天

    [LV.Master]无

    13#
    发表于 2021-3-20 16:58:51 | 只看该作者
    晨枫 发表于 2021-3-20 11:54
    8 |! p5 T% Y; C- Y0 K' l" Q4 k2 e废电池的处理和安全是死穴。而且锂电池蓄电站难以做到很大。电网的要求可不必汽车甚至船舶。 ...
    ! A3 o0 Q  z- y* q1 h
    风光以后的废弃处理也是个糟心事
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  • TA的每日心情
    奋斗
    2019-7-13 03:21
  • 签到天数: 3 天

    [LV.2]筑基

    14#
    发表于 2021-3-20 20:34:02 | 只看该作者
    本帖最后由 石工 于 2021-3-20 20:36 编辑 1 z+ X, I; @- H1 A) E: O

    , z8 L7 B, g' r$ g5 O( `牛牛家利用旧矿井用大秤砣来储能,还像模像样地搞了全寿命成本测算,比锂电池储能低一般多。, u& O% U, [3 ?& ^
      R% h) n. s+ K# q: O
    中国北方采煤区其实用这个办法比较好,本身缺水,底层保水性也成问题,搞成全固态,只有一个活动部件,还真不赖。顺便还能解决钢铁产生过剩的问题。(高度怀疑500吨的秤砣本身就是发电机)' ]% Y' S7 z$ f9 r

    6 \* z& I* z5 V  u8 N4 U3 e$ Y: `主要参数:+ |* K9 E+ e& \, Y
    供能指标:10兆瓦
    - q. t. [* Z2 f' V7 B  O秤砣 500吨,总重12000吨(24个)! ~5 u; [5 R% D8 L% S
    井深 800米* k0 I( @4 r& F$ K
    项目的全寿命兆瓦时成本:132英镑/千度电(锂电池项目为283英镑),这个应该只是储能成本4 N5 c* ~0 y6 N+ R
    使用年限:50年3 B/ n" T6 y+ ^5 a: Q3 ~7 @  j

    $ ^+ X" T: j: h$ V- \我按瓦特的定义算了一下,g直接用了10+ G, m/ p5 \$ N- z
    12,000,000*10*800/10,000,00=9600秒,即匀速下降的情况下,释放能量需要用160分钟。下降速度为4.1米/分钟,比电梯慢一点。储存能量恐怕画的时间更多一点。
      W/ T' s% q' a- u1 x" R3 G# q8 }) [  |: |; E

    9 c' G- Q! ?0 B1 c' L4 k下面两篇报道的都是这个项目
    ; q9 |9 \+ n, N& G, `: e3 W& s- ~3 h: j6 O
    * @; f( y9 \' J5 o, R
    https://www.theguardian.com/envi ... re-renewable-energy
    ( K) C2 z- G3 O; C9 H
      X1 g0 i: A) T: x4 J) ~https://createdigital.org.au/old ... ble-energy-storage/

    点评

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    给力: 5 涨姿势: 5
      发表于 2021-6-26 03:36
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  • TA的每日心情
    擦汗
    2025-10-20 01:43
  • 签到天数: 3171 天

    [LV.Master]无

    15#
    发表于 2021-3-20 21:07:20 | 只看该作者
    压缩气体储能。。。0 X, r: e4 G9 }5 h4 P5 N* @

    5 |9 W* T9 h6 p/ @7 W# O4 b刚刚上了一个项目:江苏金坛。1 f/ t$ ^2 T" }9 e2 k  B$ H1 q
    http://jsnews.jschina.com.cn/cz/a/202008/t20200819_2613646.shtml5 m# W( u; q& T
    $ j: H( d$ H4 r9 c0 Z
    美国九十年代搞过一个,后来放弃了。江苏这个还要观察。
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    16#
     楼主| 发表于 2021-3-20 21:53:59 | 只看该作者
    常挨揍 发表于 2021-3-20 02:58
    6 \) z; x$ i/ ]. Q' G风光以后的废弃处理也是个糟心事
    - m' s1 w1 ]8 E* P, V
    比核电还是要容易得多
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    17#
     楼主| 发表于 2021-3-20 21:55:00 | 只看该作者
    赫然 发表于 2021-3-20 07:07
    2 h5 F# h  Z5 c压缩气体储能。。。, n& ~8 x- q( Q6 M( g$ t# ]' I2 @
    ' V" B7 y* N3 U6 k' @' f
    刚刚上了一个项目:江苏金坛。
    9 d4 Y  Z$ ], d$ a, ~
    这个我看也是死胡同。高压容器长期周期性加减压,这疲劳可是厉害。
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    18#
     楼主| 发表于 2021-3-20 21:56:26 | 只看该作者
    本帖最后由 晨枫 于 2021-3-20 07:57 编辑 7 i1 U8 n/ `3 x: \2 ?
    石工 发表于 2021-3-20 06:34! w* E/ l% `! f% \) C$ Y# f
    牛牛家利用旧矿井用大秤砣来储能,还像模像样地搞了全寿命成本测算,比锂电池储能低一般多。( I% U% Y( y$ t* _& \

    1 k/ R: e- Z; X( `7 N4 @9 E中国北方采煤 ...
      g' V! j( I- ~3 ~2 O

    ) Q. T: |0 C2 e这个和我的山顶缆车电站是一个思路,但更简单,效率更高,好。用循环缆车的话,就不只一个秤砣,而是无限个了,只要井底能及时移开和放得下。
    9 s* R; n+ D! h# b# \% h
    9 H" f( R3 T+ T: V0 J# p! G' w造起来了吗?
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  • TA的每日心情
    奋斗
    2018-9-13 10:09
  • 签到天数: 1 天

    [LV.1]炼气

    19#
    发表于 2021-3-20 22:23:32 | 只看该作者
    本帖最后由 晨池 于 2021-3-20 22:25 编辑 7 f+ x: d7 q% }" x# p
    用海水制氢倒是不怕缺水,但电解后产生的盐酸和烧碱不好处理,
    6 O% M) D: _0 V. s: M, m
    盐酸和烧碱应该好弄把,这两个放在一起使劲一搅合,不就是氯化钠等其他盐类了吗?然后制备出来的氢气要燃烧掉的,燃烧出来的水和刚才的氯化钠、盐一搅合,又成了海水了!正好继续用不是。
    / N: S% U  [( ^4 q感觉这是一个永动机式的好办法呀,只要搅合两下就行了。
    3 ^5 F- t) l0 }  r+ V2 J其实还有更好的办法,把燃烧的水罐装了当纯净水卖不是更好。多出来的盐找个地方堆起来就行了。

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    一直在潜水  发表于 2021-3-21 13:45
    司炉好久不见( •͈ᴗ⁃͈)ᓂ- - -♡  发表于 2021-3-21 12:39
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  • TA的每日心情
    奋斗
    2019-7-13 03:21
  • 签到天数: 3 天

    [LV.2]筑基

    20#
    发表于 2021-3-20 23:20:01 | 只看该作者
    本帖最后由 石工 于 2021-3-21 19:17 编辑
    4 a! }" M9 m0 X
    晨枫 发表于 2021-3-20 21:56
    5 S; @5 Q- s0 Q$ m% s这个和我的山顶缆车电站是一个思路,但更简单,效率更高,好。用循环缆车的话,就不只一个秤砣,而是无限 ...

    , n7 V! U0 Y2 c- X9 }+ g- |- t6 v. D' c; a7 i/ l
    https://gravitricity.com/projects/5 b: h  [" P- T& I- c
    ( \+ L$ F& n# x

    . `  U8 j4 B% |) I# q# {+ ~0 o( {
    还真搞起来了个示范工程,不过是用塔楼代替矿井。15米高,秤砣25吨,250千瓦。我匡算了一下,按250千瓦平稳供电,可持续15秒。! b, i7 E0 t9 i' }
    2 \- c/ j5 D7 d
    这个塔楼秤砣,完全可以和高层建筑结合起来,甚至可以在现有电梯井、通风井的的改造上做文章。目前见到的储能项目里,这个技术上比较靠谱,对自然条件(水库容)依赖小,占地小,物资消耗较少且易回收,也比较容易配合铁公基拉动产能。

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