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[工程技术] 新能源发展的瓶颈：储能

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晨枫

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楼主
 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 ) {2 A6 P7 Z' `# E) U
# V# _1 n2 q, e; q$ l, w

: T2 ^* G+ `; A! p' S( Z1 L( _$ A- V  I1 {3 m
) F- I- |' K& w  y2 p& {, w" u
  N, A# O/ N/ T
& G9 a% G8 K5 p/ c
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
% f  U7 ?- p, w4 G  Z1 s& T! V4 J' B" K
* I& h$ [) O1 I: M% X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。5 Z* U% K& Z$ P2 B; q+ K7 N

8 y: A9 I+ `1 a# ^$ _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。, D2 |4 b  x  ~; ]3 b" a
5 V/ e0 n' o9 z( j. d- W" @: V/ k

+ U! i( m5 h( L; N: h: y3 H
9 \7 ^9 T* H$ \0 M" j2 }% M4 e' [; Z
城市菜园可解决占用耕地和新鲜果蔬问题，但需要电力
7 R& J3 [! Y4 M$ `, Z& b% }
7 R2 h. t9 Z: h9 Y* l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。, C5 T  @1 q: w# S/ N7 W

2 b( I) Y, `& E0 v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。
6 ?. P' t. f5 Y% J. V8 y0 Q( W) L1 q2 v$ ~7 R8 M
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。& d3 k7 S- j0 s" i
6 ]: A  i: x! n' y4 {$ w/ P
0 O" W2 Y7 m& B  w: d) g& G  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# {! c2 H8 s+ N  `/ q" D, t1 C

8 V* m2 `4 b/ M6 l$ ^" v$ }8 L  i
  ~; Z6 ]; E3 U7 `3 b) N废弃的地下坑道适当加固、防漏后，也可以作为地下储水池5 Q4 ]' n9 J9 O" `. S

  s* A0 }4 |1 O# V7 K# j* J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。# m9 G0 v/ V1 }. z

' \' ~7 G# y: i0 f" f2 Z: u
2 }1 j; p8 q: `1 ^+ K0 i- J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
: P/ M. k! |  R0 F! Z9 y$ V3 b* o8 p% }& E+ P5 C
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 B( d$ d) @% P3 U4 C) T

8 w+ ^0 J1 M$ J4 X+ Y# g" H7 s. g此外，就需要一点歪门邪道了。) G- i$ p6 B8 W3 B5 D& R

( A* w$ P1 v% P; D  c! ?4 s! w1 g0 _  l8 Z5 J& z
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
7 p* e' O5 ?+ w9 S+ t* S7 Y* f! v( T5 G  |+ 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。
( \  U. E6 K/ [6 H  r  S) W, _) r  Y" B) Y
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。
2 j3 l1 P* N3 q' f4 s5 a& c/ y
. \. y2 c& `$ Y$ }% F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。
. o1 i; q! J6 f% O. j. ?* M) g+ L, [( r* i' m7 {% x) g4 W& 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。! x3 ~5 k; i8 b2 @2 V9 F3 e/ |1 e

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semtex
  • 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。

    点评

    给力: 5.0
    看客
    给力: 5
      发表于 2021-3-20 22:34
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    嘉洲
  • TA的每日心情
    慵懒
    2026-7-1 03:12

    • 签到天数: 1191 天

    [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

    给力: 5.0 涨姿势: 5.0
    helloworld
    给力: 5 涨姿势: 5
      发表于 2021-6-26 03:33
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    晨枫

    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 20:108 h  z0 T0 g% C; Y% W* A
    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 ...
    2 C" I" |. z8 _5 s
    氢能在制氢、储氢、运输等关键问题解决之前，无法成为主流。! `& V& \" }5 U5 L* J& N
    & m1 G* j5 W4 _* L/ |, D3 {
    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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    晨枫

    该用户从未签到
    5#
     楼主| 发表于 2021-3-20 10:16:35 | 只看该作者
    semtex 发表于 2021-3-19 19:486 `5 R9 y. j2 [
    答案现成的， 电车。

    + R7 i* N/ S* s! ^) ]) x- P7 T不行。电车正好是反循环的，充电是在发电低谷。
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    嘉洲
  • TA的每日心情
    慵懒
    2026-7-1 03:12

    • 签到天数: 1191 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   {& ]! s: u2 ~7 f
    晨枫 发表于 2021-3-20 10:15/ \% j4 X! G5 o$ ?9 Q9 }
    氢能在制氢、储氢、运输等关键问题解决之前，无法成为主流。4 G, C$ G( ?- Z2 r/ I

    4 H7 o% T$ Y/ @* \- i由于耕地和能量密度的关系，生物能也难以成 ...

    ; E2 D$ G+ C6 e( A. C8 l* T
    0 I1 q: _! [1 p& S( b1 w& o* m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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    semtex
  • 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
    7 V+ {" S- t, H4 o: F" n不行。电车正好是反循环的，充电是在发电低谷。
    / [( J0 |, k" [/ Q" _. v" Y* n: w0 i
    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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    晨枫

    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
    ; ?2 z# P$ d4 M% _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 ...
    ; O! [! A# C/ p* T6 `: S
    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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    晨枫

    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  }" Z- i( n- ]  U9 V0 j0 d; }# L! c
    不是， 其实车绝大多数情况都是静止不动的，都可以充电。
    $ C# W# |- j; s! u* U
    $ v/ i/ `- V4 T9 C0 ?! q& Z$ I
    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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    drknight
  • 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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    晨枫

    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 21:453 q# v4 u2 h$ _% w1 }, j
    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 ...
    # \2 s" o. v- q$ K: ]7 i

    ' d9 E6 a/ {9 ]7 \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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    semtex
  • 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
    3 Q4 ]( n  K6 s% S7 ~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。 ...
    2 L4 b+ B1 E7 ?4 A6 B* l. B! h# B  W

    ' g/ C! d  c$ S& S* v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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    常挨揍
  • TA的每日心情
    慵懒
    2026-6-27 09:25

    • 签到天数: 2303 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
    ' H( H+ N/ N! `$ f' M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。 ...
    ( Q$ _& }8 f- A! l4 _5 i) d* x. P9 t
    风光以后的废弃处理也是个糟心事
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    石工
  • 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 ) Z9 i: b# H. t: K  Z! M
    $ O+ f* ^/ j+ r% F9 ]
    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。
    ' E% C8 U" g5 y% y, J/ c; D
    " [  K/ I  z$ f+ e% ~  C) A! ?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）
    : D0 o4 D! k' I' Q: P
    4 K! z- {4 N: _; J; P! t- I+ u0 Z9 k主要参数：
    9 e2 t4 H7 G2 i* J$ _" |供能指标：10兆瓦2 A* x% J% w1 k) E7 |
    秤砣 500吨，总重12000吨（24个）
    / }% h  ]! x+ c$ ~& f9 c+ x井深 800米9 U9 s) d& q. y5 e& E3 |4 d5 F  J- y+ 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* ]8 j+ ]& v% V% N" M5 h+ \
    使用年限：50年  q! k/ |" U) q4 a- ~

    . f; a: H9 U4 W! p0 R我按瓦特的定义算了一下，g直接用了10) e, e5 w+ @7 G
    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。
    * ]8 z( V! {4 \( ]) f5 g
    2 d" {! r7 [3 G
    3 g3 B1 E5 Z; g( f$ [: G. X下面两篇报道的都是这个项目% e8 q1 w+ l, S" u0 S
    ( t; q5 y6 h: p+ u2 E# y
    7 _/ l9 M5 }" }  W8 s8 x3 R/ t8 O
    https://www.theguardian.com/envi ... re-renewable-energy
    + D4 [2 h0 R  W8 T
    " c$ [9 p* l) z* v. ^( _' Y! qhttps://createdigital.org.au/old ... ble-energy-storage/

    点评

    给力: 5.0 涨姿势: 5.0
    helloworld
    给力: 5 涨姿势: 5
      发表于 2021-6-26 03:36
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    赫然
  • TA的每日心情
    擦汗
    11 小时前

    • 签到天数: 3385 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。。。
    4 {4 C7 h2 g: ?& s$ }8 `# F' m/ d; E& X9 Y
    刚刚上了一个项目：江苏金坛。, b* R, z# H( p( E& A& o
    http://jsnews.jschina.com.cn/cz/a/202008/t20200819_2613646.shtml1 Q8 R* W" A4 {* O" x

    9 I6 {% J9 {3 _6 P! J( ?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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    晨枫

    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
    4 O1 n* H7 k% Z1 p风光以后的废弃处理也是个糟心事

    " @/ }8 \# g/ _比核电还是要容易得多
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    晨枫

    该用户从未签到
    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
    0 j/ W9 }  o6 F$ X. m/ l压缩气体储能。。。
    + p6 l2 i! ]7 Z' p/ L7 I* t9 f% \4 }6 ^
    刚刚上了一个项目：江苏金坛。

    5 ^$ n* `8 r4 [/ q+ P& Z8 m! E, V5 X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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    晨枫

    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
    # e/ P5 ?' N8 y; P6 T8 o: {; u
    石工 发表于 2021-3-20 06:34
    0 D, p. R. {7 s8 Y. ^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。& f* k7 k9 A$ C. _( W

    - \- _0 m% }  @# F* d% r中国北方采煤 ...
      V9 w* [6 u3 s6 v! W' k" |
    ) d0 V/ K, d+ u( r. i% {1 N+ f
    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。+ O- ]( p% y$ G) y  T4 ^& c. \; z

    0 R! b( ~. j- L* V7 X造起来了吗？
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    晨池
  • 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 0 S3 Z) _7 Q7 f' u# H! {" T4 c
    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，

    5 ?  r% r2 A. ~- ?9 D3 {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: F% s2 G$ M+ c( A感觉这是一个永动机式的好办法呀，只要搅合两下就行了。  O3 i8 U4 v& Z5 m8 W# C. c* F
    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

    晨池
    一直在潜水  发表于 2021-3-21 13:45
    常挨揍
    司炉好久不见( •͈ᴗ⁃͈)ᓂ- - -♡  发表于 2021-3-21 12:39
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    石工
  • 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 - K( z/ L4 Q  B
    晨枫 发表于 2021-3-20 21:563 Q. J- X- @1 `8 Z/ {0 L5 k
    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 ...
    2 ?7 I* k+ B+ I9 k7 S1 A2 C
    ' s& M' L1 A0 @0 P. j( P" c% l
    https://gravitricity.com/projects/" Q9 a! g' W# A& F7 o' A

    " R0 u, E3 Z, i
    / ?9 a" Y7 K$ J) x
    : P' |. w  ^+ T8 S/ o8 m( H+ A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。& E/ m& g8 F6 I1 S
    $ w- \/ U. v# S6 K* N$ w
    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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