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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
% [7 S# G; m. |4 X, g+ G
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8 R+ d  Z3 r7 r% l1 B7 w+ k9 P' _8 S
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7 a8 z3 _* _( ?1 D- [
' X) _$ O; i/ ^0 t2 G
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。
+ N- W8 P9 ^  M# k# B: u) S5 B
, ~; z* Q# H0 ^9 }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。
0 Y" E4 C6 Z/ T
  K6 y' O( H" h9 i$ q- @/ x+ w
7 O* l/ ^9 s) K" B# J
$ L3 y! V: C% h2 |3 @6 m. p1 w& ]/ I) z9 g5 r0 A! O
城市菜园可解决占用耕地和新鲜果蔬问题,但需要电力0 K  L) t4 P% L. a! T% O4 P! _) i0 b

( _+ K# T9 f# q9 |" G% V; _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。) B- G" E" k2 m9 t
/ u# G) 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。! b- K& H* w: X2 m. X4 {% p# a' l
, H. k5 `% h$ m) p( [0 s+ \
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。
5 |' B# a6 q# d7 _5 v3 Z
; _- z% S/ c# E0 Y3 I0 J7 }- e& u+ s" |
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
4 G9 D9 e3 p, R( j4 P7 N
6 l  }# p; d& L9 S9 U) f7 o. y- P
+ U: b7 i( x# s  ]# l- \/ B3 I( t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 Y6 d, \# ]- l3 `/ Y2 ]6 u
& k5 B8 m/ c$ O/ V9 k, X- f
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。
9 h) I/ k9 X* X& p4 v+ v/ \7 g8 C( G% B0 g; o  [( b% O1 P
0 M" e3 f* m2 ^  ?6 ], G
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2 _0 d+ y- c5 {$ ]

- K- L% E0 P$ H* P- E6 w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。5 a3 H% Y3 L$ u) V# F

$ R0 x8 N7 u3 y4 S9 G此外,就需要一点歪门邪道了。
+ e  T# j9 V9 E5 B% K6 E1 l: y4 R0 C( @$ Q8 }1 ]

* X( ~3 U/ \) a$ m# I) m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. X" N) G+ H7 i6 Q( q
! ?" E2 A3 u( G9 f( M; C
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。: O6 A3 {: G  y1 W. E; Y

9 c( }- B/ R- R/ Y1 q5 S; a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。
: x( j0 _' q5 c9 m, R* S7 H/ V% ]+ x5 U, e( H( K7 ?
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。' {( u& k; U0 h8 o8 I  l1 F

6 f) o8 q( v% z* H& C% S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。' ^" u* U% L0 w( u9 ?$ t/ j1 F

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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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    给力: 5.0
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      发表于 2021-3-20 22:34
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  • TA的每日心情
    奋斗
    2025-6-28 05:55
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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 20:109 }- d8 I5 n  S  P; C* g5 s5 \# _
    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 ...
    ( }. q; ^& O/ I$ M
    氢能在制氢、储氢、运输等关键问题解决之前,无法成为主流。
    # ~1 }. Y0 _! d6 X5 b& W6 n0 Z9 ]. ^: g4 \# u
    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 19:48
    ; R- A. ?" c- x" K/ f, s. t答案现成的, 电车。

    6 k, y, A: r8 T" L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
    奋斗
    2025-6-28 05:55
  • 签到天数: 1145 天

    [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 : r! ^5 A! ^. u- o: W$ M
    晨枫 发表于 2021-3-20 10:15+ e( u6 [/ z; `* `, t
    氢能在制氢、储氢、运输等关键问题解决之前,无法成为主流。! \0 ?% ]0 L. G0 _- G: C7 j( L# H) Q
    , z. k, j8 ^, f; k' V! l
    由于耕地和能量密度的关系,生物能也难以成 ...
    " k5 p9 _. d/ F4 ~  H& h

      R) S% U8 W/ p, ?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
  • 签到天数: 1 天

    [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
    3 A* n% u  P- [1 `/ g8 c; ]  `; L不行。电车正好是反循环的,充电是在发电低谷。
    - Z4 |% ]5 W3 s/ M# b9 V
    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
    ) \  J! Q8 [: h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 ...

    2 V( f7 z8 a; L8 v9 c& q, A5 u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。
    回复 支持 0 反对 1

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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 20:322 j7 H, @9 J) s  B* W& \
    不是, 其实车绝大多数情况都是静止不动的,都可以充电。
    $ i- a% M% K* U- L: o

    9 V$ n" Q) P: m/ x5 E" s8 @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
  • 签到天数: 1033 天

    [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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    该用户从未签到

    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
    " {) b$ D8 b% I. s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 ...

    + P, ^+ M7 C2 A$ n5 H3 R/ {3 ]. ^
    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
    $ ]  U. a% K. i( X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。 ...
      ]0 m4 e  O1 _# ^9 B* Y3 A
    ) b( S( I& V3 J+ n) H7 J
    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
    1 小时前
  • 签到天数: 2130 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
    ) ?0 B2 o' @' r# s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。 ...
    ! c* j" Y/ k, Y. g, O
    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 w1 X% |' x+ ]6 R, Y; y3 t. c
    4 I- E: ?3 ^, V; H1 n$ v  a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。
    5 ~$ B  A. n2 P1 `1 |" ~+ b. P7 z
    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)9 w7 `* L6 V- C# f& D- ]! O
    1 J3 G6 m7 }( m/ B" ^/ ]( z) s  J* w
    主要参数:
    ' L# f9 v0 v* z0 C7 y, u- U供能指标:10兆瓦7 j0 A1 {$ a8 A9 h- J8 Z
    秤砣 500吨,总重12000吨(24个)
    1 z7 ^9 i  p3 E2 ~+ ?井深 800米
    3 u& `- a( o6 I' u4 V+ ]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  Y" Z% t' m# z( J! u6 y
    使用年限:50年0 p7 D8 E4 {5 m! h- y$ s! [0 m

      \8 E% s0 l' B8 a* q) O我按瓦特的定义算了一下,g直接用了10
    2 D! Y, h0 R1 _6 Z" i12,000,000*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。) ]) v# J3 T: b/ @

    1 g2 d/ [+ _+ G$ x- F, w5 t
    $ `) R+ F% o% Q* _3 ~1 f下面两篇报道的都是这个项目
    7 J' M/ a7 m; l+ f. U$ }% k
    1 r0 k: h: {1 n# e; A+ c5 F2 s
    + \, M$ \8 u: A* L, {' B. x! i% Hhttps://www.theguardian.com/envi ... re-renewable-energy
    2 W5 j. B7 j# @# J  a- r, ~3 A3 b4 k8 P& s$ ?1 W: B& J
    https://createdigital.org.au/old ... ble-energy-storage/

    点评

    给力: 5.0 涨姿势: 5.0
    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
    2025-5-22 23:34
  • 签到天数: 3170 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。。。/ `, O: z/ t# @3 N' B2 i( y

    ; }! v- ^$ f' ?/ K- V( q4 p- J刚刚上了一个项目:江苏金坛。
    ) _) l- m3 w7 c2 V4 lhttp://jsnews.jschina.com.cn/cz/a/202008/t20200819_2613646.shtml7 T/ C) @: ]/ r1 _/ b, t! g) ^

    4 N' g2 G2 n$ `; ^9 f6 U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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    该用户从未签到

    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" B* S$ M% y4 B! S- @1 Q( ?( y" \
    风光以后的废弃处理也是个糟心事
    + w9 F) Y- {' t' {1 l
    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
    ) ]+ |+ Z0 E, @* }1 W压缩气体储能。。。% `* O: f: B3 K- b
    6 t: `  ?1 b6 I
    刚刚上了一个项目:江苏金坛。

    8 N$ I2 o) O) N& g( N3 M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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    该用户从未签到

    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   f, o" Y1 F% ~2 b3 {$ M
    石工 发表于 2021-3-20 06:34
    % e3 f2 u3 T& d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。
    ' R1 Z" u! E2 X* V! b& Q6 I
    6 L- k) c" T& Q1 a, W4 e9 b中国北方采煤 ...

    1 G# R# b5 C6 H8 h3 r# o
    - o" b" A4 Q3 W' D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 z' t4 [- T! u/ u, L" F5 G! Q" k7 [9 ^, v  y6 u5 F, ~" p
    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
    ' q$ v6 m9 @4 N) a& @' [  u$ 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,
    ) h  @5 T" @  [3 g' P
    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。
    9 Z4 Y8 Y- q3 H( S感觉这是一个永动机式的好办法呀,只要搅合两下就行了。- P2 o1 r& d. J: \" q3 s
    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
    + e: ~" J# x% T* r1 X8 @8 r  [6 m% S# _
    晨枫 发表于 2021-3-20 21:56
    . |/ B* w3 @8 ]# \, L/ P; G0 Z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 ...

    , {- O) J- l5 r0 O% |% v" F7 c5 M9 _3 k
    https://gravitricity.com/projects/. G% e! q0 l1 h6 C! ?  _$ }
    % I6 a8 k; v* l+ O5 L+ W' _& h' Z
    7 \  k# a) D4 l% _: H
    2 l! Q. q6 v( u& F5 L# @
    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。# F1 e1 P5 L6 z9 c* P- D
    ( j6 \7 b* B# a4 w3 X0 |" ~9 [
    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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