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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 `: B; C0 I) U/ o, w3 f& g0 B8 Q0 _$ K4 z
; V( y! y0 F2 D$ N! C

' f% l6 b6 L5 e9 r* ^' \& X- ^" t3 J( W5 N; A& d

; x, d/ p/ j2 e6 ?1 f' r. c! R! n' ]0 Q1 |! @3 U9 d
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
( p* L8 C$ k) H$ w3 b" d8 N0 Z& `7 M; l1 ^$ B7 v8 P1 a$ \* m) b& 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。1 x# Q5 t  \  q, V0 ~7 v% B

( k+ N# r* O3 j  @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。- X, U& _$ z8 l$ R3 }  h1 D3 e
$ F# I$ y; c6 k0 [2 C$ A" q! _/ E' h
6 N5 l4 [4 T# |! Y9 v
5 }/ |! a+ w; P! G, E& T
( u8 _: U5 q' x( L! @8 ?
城市菜园可解决占用耕地和新鲜果蔬问题,但需要电力
" W  ^8 Z% [! `4 \, {
0 ^& ^6 Q) ]/ D& r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。
4 @/ Y. p6 s# f" P% @/ y  B
; n- {& I% f4 d4 X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。" s. m8 e+ t5 U4 c- P

. I. z) D! Z6 n9 H! ?2 K: n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。
" V- G+ i5 F/ E$ q
( Q- ?  A8 V1 ?6 l* x3 T1 [0 ~, P1 d% Q" N. L' 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 R0 {2 H+ M9 z9 T( c7 k, S" p; m2 c4 z8 r& K( I; m

& h. Z( O: _5 v: b; |% 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- O$ |7 f$ b! M* T/ H

: s1 I  c: ], e9 @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。
" a* o4 h6 c# m* @3 d" |" t$ R( u# \# _3 \  |1 @5 R$ r- ~
  |9 C' D2 k4 ^" v, O0 O3 a: i
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
' ]0 _+ w9 B. i& x9 c) j; f4 L8 ]
* N( G0 |  Z; q% t% P/ L) b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。
0 v: [. `- t* |5 ~6 n0 d# k" o2 v8 g, g, w
此外,就需要一点歪门邪道了。
0 t$ F) Y1 A& b! P: ~& g: O9 X5 i2 g, c) L1 A9 `6 B
% Z, W6 |: f, N' W# I9 U' |* {/ s, o
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
3 J( P8 \% r. ?" v& Z" W4 K) \; e& _* O: `3 W. X* j
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。
" k$ t; V7 A$ n) H# C( ~$ Z$ ?/ l' L+ k/ C- ]8 X4 w5 k' u
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。: H0 k: ~" R" A, R
7 A. }3 Y- s+ b0 a6 }
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。/ ?0 K! p) |- c4 _2 {

* n2 p* {; W# V7 G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。+ d- ^; q  }3 f' l2 m; B  S

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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?

    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 20:106 k" K3 g" p8 i. j1 q" Y
    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 ...

    / h" K1 l0 \# O# o! [氢能在制氢、储氢、运输等关键问题解决之前,无法成为主流。5 p* O" f6 T: v. M

    2 N  j: P) t! X7 u5 M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
    4 R. @8 `4 R( K& V" ^& t% f+ D答案现成的, 电车。

    0 x: B8 O; A3 D5 }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
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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 ( Y0 K. t6 O+ y% j! @
    晨枫 发表于 2021-3-20 10:15
    - l8 H6 l/ G# [- S0 V4 O! O氢能在制氢、储氢、运输等关键问题解决之前,无法成为主流。( w  K" w  @9 \

    : p. h& m$ B$ f由于耕地和能量密度的关系,生物能也难以成 ...

    5 Y+ m: J4 M0 _. _* Q. \* `
    1 ^" h* ?+ D9 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
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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 10:168 o: L& |4 ]0 p4 c* x. f
    不行。电车正好是反循环的,充电是在发电低谷。
    . @. h8 X% U  a; P. e4 W2 K
    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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    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) O! U; L7 K) o1 ~" c2 r& 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 ...
    * y! G  v* \( Q
    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
    6 ]( e7 M0 X3 D( p不是, 其实车绝大多数情况都是静止不动的,都可以充电。
    ; B8 t5 S3 |5 L4 \

    * h% [. L& X0 I& _3 f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- b4 N) Z1 }' z& e4 g, R
    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 e- v/ n' Q: R# M
    7 y: x$ u2 l/ x$ E1 T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
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    [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 11:047 r, X2 p7 Z5 @" ?
    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。 ...
    " M; h1 `4 o0 ?& f3 ?) X; ]
    ) H  s2 o" L; f" |6 c; Z. A
    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
    昨天 14:58
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    [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 11:542 l+ P) S6 T5 C# `
    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。 ...

    - j( D. @/ R" D3 s0 c- K) H! t& r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
    $ S8 f( Y6 X7 C- q! z# x* @# b7 [5 u8 c2 k$ X  j' K! M
    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。
    ) y7 u4 ]2 h. K  e  d4 b6 n- L) g" Z+ v
    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)
    5 F+ O6 R8 ?4 _; @( U! R
    3 u7 o' P" P( h7 e2 H5 C9 r主要参数:
    / q8 }, E4 m! I3 y0 |供能指标:10兆瓦
    1 }" a; ?; j/ X秤砣 500吨,总重12000吨(24个)2 j' [" h( I; j- J; N9 x! m5 t9 n+ V
    井深 800米
    ( y  e% K5 @9 O( D8 V: R6 F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' g! F/ P. C: B- ?5 N" O
    使用年限:50年
    7 s# W( Y: S0 m0 F) z% T: j' |7 o7 W4 a8 l* s4 U
    我按瓦特的定义算了一下,g直接用了10
    2 p$ J$ }# M8 U- {1 U; }0 l0 q8 p12,000,000*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。  k: F  ]- c* j2 O' W1 @# u4 N

    ; G/ R, h0 a! Z3 Z0 Y0 P% S
    : P+ q: q3 I* P* Q. Z下面两篇报道的都是这个项目
    * E2 c0 ^  ^2 o! c4 W- |
    % c; |8 _$ U( z8 N) n' x
    7 D9 R0 A* K+ ^https://www.theguardian.com/envi ... re-renewable-energy
    7 V% d: _% L# g, W5 g, `6 P
    0 e9 t3 W6 j8 t, z& v0 bhttps://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。。。3 ?2 o$ h% Y9 p: k1 |, |5 C

    & }& U+ `% t+ i" e, E8 @刚刚上了一个项目:江苏金坛。
    ! K, F2 l( m( Nhttp://jsnews.jschina.com.cn/cz/a/202008/t20200819_2613646.shtml: V" x6 m" l* [) @

    7 A  y4 k  M' q/ h/ t( p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
    0 ]  O" Y2 {0 y& G' x+ K, l/ ?* U风光以后的废弃处理也是个糟心事

    8 G4 W5 Y! \/ V3 M. F0 b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
    1 n. p4 p* T, j6 e压缩气体储能。。。
    $ N; G) \/ C* i& B( ]4 d; Z* y. \, ~) z0 H/ V8 a
    刚刚上了一个项目:江苏金坛。
    ! R/ o5 p, i& _8 x1 }# O
    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
    0 x' _- j$ J, h; d& G- v
    石工 发表于 2021-3-20 06:34
    ' B& {5 K$ g6 D4 C. b1 k6 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。% l. b4 Z4 L( ]+ A7 ]) e
    # l% U# b2 F6 @0 x: w. Z
    中国北方采煤 ...
    4 M' q/ v) i( b- y2 v' y

    - u% d2 m) ~. |- t* t3 D9 P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。/ R7 x! }& M0 m$ j' Z
    + u3 x7 `4 z6 g: a" c
    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
    ; S- Q5 c8 ^& u: Z1 R1 u2 O& T
    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,
      x: `) M( n3 z% g, u: G
    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。
    1 m) T9 }( s* Q6 d) V! e* M; n+ [) x9 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。/ o2 U( [" }! Q$ l1 s% B
    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 5 n9 [- B' ^: ~/ Q- D
    晨枫 发表于 2021-3-20 21:569 H2 `+ e* D3 u+ Q
    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 ...
    / ]9 d- l/ ]; x( u! C

    * E/ `- r* i. v7 [3 G" v7 g0 Xhttps://gravitricity.com/projects/
    ! i% C" c8 S- f* R' ^9 c+ p$ Q3 b9 Y+ ]
    ! P( H& v7 N  b' Z: j1 S
    3 Y% V2 L# g3 O8 _2 E; e, n$ w- A! n9 v0 O9 |
    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。. X6 `/ c, U8 w( U" T) F
    % r0 \/ z8 Q' I3 r9 h' }
    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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