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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 % p: M; G$ F) \& a

& R  V5 Q% v$ g7 K1 F6 X& G
! o# i1 i, u- m" \! h, C
2 \9 c5 A8 X8 W: y
; V$ r' d, K- m) x# X
9 ]7 t+ K4 T. q0 X; P/ z- ~1 \. U9 P, h( {
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! }$ e. I2 U2 w% o8 f- ?
2 ]  J* x. L+ I$ V1 Z
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。
$ a( R8 @$ F3 O+ y0 E. G6 k
* e& {9 i# F$ ?" I1 i8 o  `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。. N! ~" T( N9 z! H
( E  U" G/ n& R9 _2 [* d

6 ?1 {) T  v+ |7 n* g  S1 z  X. `6 x1 f: s, n! O- N, |
" A3 i6 S7 V& t7 i, i. W
城市菜园可解决占用耕地和新鲜果蔬问题,但需要电力
2 g6 {4 p# E$ N5 g$ D9 K4 t- O" ?1 }. }  G# {+ U
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。' @  T0 w& W3 @; c1 }2 N9 J: p2 p
1 H) m* O, \, ]
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。" H- P  [8 L7 n' t9 d# [' g
6 E9 i" h8 X$ b- T* ~
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。
, [& l! P/ y1 _3 |; d1 K) x: B+ c. U3 X4 W
% j7 s: ?. w1 D4 n
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: ~2 H5 s4 }! |3 X1 X: X& A; j

) J$ m- [8 B4 n% |. \
9 f. r' l, a: g, S. G# M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 r7 r; }- U, E+ h7 H2 E5 L) n0 {  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。
5 M5 ~8 L- W' s. n1 D+ j: w% n
4 [; D' w$ n1 d! g1 ?
  z! q; G* Q3 P" o. r7 a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
* K/ n/ H$ H1 D. q% R, J
% v" f& U$ H' }$ E4 w  {* m3 U' [) P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。3 e4 [9 V; U, j# L5 i3 K1 Q. l
$ q/ l* V$ }  [) ?7 M" O
此外,就需要一点歪门邪道了。
# M- ?! H; \$ V$ _( G
$ w* E8 d& c; ?4 O% j- t" ]
8 b1 {+ ~: p2 }$ i8 @9 Y9 ?9 f! ?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- I. E8 h- J0 e  g7 |2 S  p5 ?1 ^& A# k
/ o5 |3 Z: v" a5 u4 l$ s
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。
" x/ e# ~/ n5 d- r: [
5 \8 _8 d, K+ ~& Z: W9 z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。, V4 ]9 @# i9 w# k& R- g: e/ H/ w
/ {6 L2 ]1 C; l+ Y
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。9 s& f" |" ~9 ]4 I, v/ v# P

2 Z4 h, s+ g: E& G2 d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。
% W9 c! l1 Y: k$ `+ r

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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
    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?

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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
    0 A. z! y7 ^# m* V! a3 Z- P( T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 ...
    # k. E. w% ^4 \1 X( V* j
    氢能在制氢、储氢、运输等关键问题解决之前,无法成为主流。9 W8 z1 F* D$ O. P7 x

    , q7 ?$ C0 D$ P  G% W7 ^$ j( T+ Z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  S$ _5 ^& c$ W
    答案现成的, 电车。

    2 g1 I$ V, e% f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
    ) ~5 J7 C: k3 ?& c9 u. O# R# D2 t
    晨枫 发表于 2021-3-20 10:15/ P' t2 t5 h) z' P, {( B* i8 h
    氢能在制氢、储氢、运输等关键问题解决之前,无法成为主流。
    ; C) I# _6 e) U2 W7 J
    6 a' `# N' G/ X由于耕地和能量密度的关系,生物能也难以成 ...

    8 C& M6 p+ L! w9 Q! O* s$ g) M5 H& q5 p* y7 ?/ G6 r# \! `
    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( F+ O0 X9 i/ g7 S9 S6 Z
    不行。电车正好是反循环的,充电是在发电低谷。

    - r2 s% i% L( R' G5 `: B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; j4 ]/ l0 `+ f3 G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 ...

    7 f2 y' I% m2 {  _& k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 20:32; f1 ^8 I  G, m+ D; L/ v
    不是, 其实车绝大多数情况都是静止不动的,都可以充电。

    * l0 [' m5 J. V6 ^7 ~
    6 Q) X0 m7 z) T) I# l0 c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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    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# Z6 y$ ?( M8 F; C
    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 ...

    ) l) E# r- G) P% s( D" ]- N0 j/ _: q- _1 A! ?$ L
    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
    7 o% X7 L  l' L7 Y1 @( [2 \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。 ...

    ) s! ?  D2 I2 S( W2 K% {# d7 C. |, M5 {% m7 v4 k, K8 j. m2 c
    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
    4 天前
  • 签到天数: 2127 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
      A* L8 o- h9 m. X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。 ...

    8 i. ?8 X1 T2 D+ F5 d$ x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 2 w, J  r7 c5 t. s2 \8 v

    2 A' U; b$ K: ~# K& ^: x$ I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。* N2 d5 M- g+ x' i8 U2 V
    : R% E, V- h9 H2 R; I6 s4 K
    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)( H8 K: o' `: @
    * s) l1 c4 J; ~- E/ ?4 j8 y
    主要参数:
    : r3 P) S1 D/ ~1 [% f  c供能指标:10兆瓦4 N  B  M" y( |
    秤砣 500吨,总重12000吨(24个)* y* N" z4 W! @+ [( h
    井深 800米
    " P7 M1 _& W3 w8 V* p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; s5 i6 x  h7 C( c
    使用年限:50年
    9 I* P3 z* Y6 O; r
    0 K4 b4 a; u% R我按瓦特的定义算了一下,g直接用了10# S, W3 y% H& e# Z/ X
    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。
    5 ~) `8 m3 c2 X3 E  c3 I8 r! j3 ?
    & Z% _9 e3 V1 X) }6 p( V$ H' Y5 y; l. h  P9 @$ L. n
    下面两篇报道的都是这个项目7 {+ G. ~( h" n/ t: \* S( Q

    , I! ~# \9 ]5 A1 M9 ]6 R* F9 s9 c5 P. Z. i" G3 a" I# u
    https://www.theguardian.com/envi ... re-renewable-energy9 i8 q; r) h2 y/ [

    ; {) w5 D) Z* S9 ]( Q5 |# ]$ ahttps://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
    2025-5-22 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。。。
    " q2 H& Y' a* f- f& d& o# Y6 z5 r3 f/ Q. A  S
    刚刚上了一个项目:江苏金坛。
    4 t1 [5 h4 T+ h, whttp://jsnews.jschina.com.cn/cz/a/202008/t20200819_2613646.shtml! n" R4 ~- @6 q9 I- R% k8 Z

    $ Q% c' H1 }! n8 s1 H! [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
    - M' @8 ]7 }5 _6 ?- P& f风光以后的废弃处理也是个糟心事
    . \' @1 c5 T) J! \9 ^/ s* n
    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& f9 ~$ M  p3 ^$ b" Q
    压缩气体储能。。。
    , R6 {4 F6 i6 G" S, |
    % n  K& n: a2 q0 Y刚刚上了一个项目:江苏金坛。
    / S1 X; F# d4 q. i3 X8 D  ~9 D* @2 \1 ^
    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 3 D, D  c6 V* g# v1 J, w! R+ ^
    石工 发表于 2021-3-20 06:347 b7 _% u) v( r. q$ F% M1 s
    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。
    % q7 ^8 J" a2 K8 _1 u+ R
    % n' `% Y% a' N6 @% x7 z) N中国北方采煤 ...
    $ ~* n8 s& k6 T+ }$ y
    4 C* h0 o) d' s- Z" l9 g
    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。: ?0 o+ c! M6 {
    - n7 z* \* [) J0 H3 ?) k
    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 9 E. b1 d: `7 `, X
    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,

    ' x8 L$ v4 G( h" Z$ S6 K& U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。! T$ W- d, I* F2 `! R7 |& F
    感觉这是一个永动机式的好办法呀,只要搅合两下就行了。- A& _# u- r# w: I3 s) s: Y& 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。

    点评

    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 1 R' i0 R1 _% E$ Q1 a# D
    晨枫 发表于 2021-3-20 21:56' }, E3 j: x2 h, G4 }: u
    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 ...

    # ?* c/ n: m% h" {
    ' F3 o% S3 U. W. lhttps://gravitricity.com/projects/
    2 w( C  f* O) p& _/ P: n) S0 x5 I
    " Z+ d: Z, Y9 _1 u
    ( w, f' d- Q& G* n1 C- w+ Y- q. I4 J" f+ u8 ?
    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。
    * F$ A; K, u5 A
    $ l6 x. k% \; i  {: i# E& M2 F- q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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