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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
1 |% ?5 `- M, d8 w# N5 {
  \) p9 L. r7 C, R9 y& p% x% {7 A1 y
5 l7 F; ^: G. _8 D7 r# q+ x* b0 ?: O" t& h# D' u

+ [7 W* U* B7 P& [( }7 t( `: y' o: r* ^+ V5 R7 a: I  y& p

* w/ \" h' J; Q5 }6 R- w. i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( f4 U( X  T( o8 q7 E, [; @0 T

6 ]; ?0 E/ H; h, K( d& H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。
: E2 Y. ]6 P# x7 X# ]5 H( N
6 c! n5 n2 ?, @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。
# Z/ G' l. @" T; H
) V2 ~" v& H4 U$ z' h0 ^; T1 s7 Z( r" I) N% s" v
8 c1 V: J0 `! B  i# U( B

- e& j" S' \; ^  L( E; d) Y城市菜园可解决占用耕地和新鲜果蔬问题,但需要电力# _& y6 N; v% |( f. k- R: j
+ N) v+ W1 x7 _3 `
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。
7 ^7 D) Y8 k. g, s8 d0 F& L8 f6 p. G* V+ n
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。
0 T7 ^: u) B4 [8 D) u3 ~. Y( W! u+ E  V3 S0 B$ d& v
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。
* L7 u; ]( g+ f$ s/ ~
7 L- t3 [0 r4 V. A0 v, C9 l: i( [  O
& ^6 z7 _; ]5 Q" E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
$ A# C& v4 \8 [% U1 N0 t. n9 G* {# [) T; v0 b0 F

* J. ~2 M# L- ]) |1 E- r- Q' y; p) ]废弃的地下坑道适当加固、防漏后,也可以作为地下储水池# B, p, t, A6 k: L

$ K: p5 i: [; U0 a3 I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。
1 e) S5 e9 S# _  ~) k; N: n4 f# x4 i( u* B8 u" T$ p

5 V4 M( d) y6 t, c+ A$ J/ h9 _& ]+ V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9 y& b9 q0 F, a7 S6 d4 T
$ _/ n, q/ g/ }
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 L5 ?4 `# X/ f! G4 W
# j6 Z0 x3 B5 O4 b5 D
此外,就需要一点歪门邪道了。2 n/ j0 O: N7 S2 Z, I: l

6 T4 \: @2 {9 `4 Y+ l) v1 r* t  i7 p) w3 y
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% Y. h2 k8 [9 h- M0 l3 O8 j* t
( P/ h* Z: R, [/ Y  d7 |
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。4 V0 m9 `$ q1 G# {
, s* M" C* _7 O( C. X
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。3 ^( B$ O) x2 B, Z
- _# E% w9 s5 K1 K* z/ k. J
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。
& W: a& M2 p7 T4 k5 D( _$ Z  Q0 H& n0 z* w+ m1 e
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。
0 ~6 b1 t- z8 r* V" 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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      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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    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 20:102 w- R3 C9 M9 t) s3 t! n
    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& r/ S/ J3 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。
    % c6 n& k" f# s* F1 y1 E: s
    # @8 B. f* b. z% I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& M1 k) H1 t% y; B; ?: B
    答案现成的, 电车。
    7 {/ P1 q3 B, [& y; ?( n
    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
    - Y! V. t1 B# v
    晨枫 发表于 2021-3-20 10:15
    # i& ], l: t6 Z. t/ J; ~$ R7 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。6 k' X1 g! @5 k8 l0 Y  d
    0 ~3 c) A1 o% Q. U
    由于耕地和能量密度的关系,生物能也难以成 ...
    & Y5 ]) ?0 n+ U% J: J
    3 W, J* e" f, N: e8 k, z" {
    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
    # C7 U5 L3 w! X+ D不行。电车正好是反循环的,充电是在发电低谷。
    3 ~2 Q) n' ~# ~# f
    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/ Q. g' {6 @- ~6 @, k
    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 ...

    & g( G) E8 b! G+ d( Q5 j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" T# N. J( U, S2 n, S# b
    不是, 其实车绝大多数情况都是静止不动的,都可以充电。
    4 N$ y- a3 g* R
    4 Y: T9 E& C$ B3 j) _6 S
    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 21:450 N% G- e) ~+ z* v
    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 ...
    & D% T  H- G; z( d& K" e

    & ?: D; z  K. P# e  O& ~! _- `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
    3 f2 C9 N" w' A' S2 W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。 ...
    ! }9 {" L! c) C* F

    : G: m  i% A4 i! x3 b5 k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 20:26
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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 11:54* |3 K5 _8 D( ?
    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。 ...

    4 H# [9 E. l4 J2 _2 a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
    9 C/ ~( q  K, B' L7 U2 ]4 G2 ^. v% C9 n# y9 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。! A4 |8 W" q- H% |& z% H
    * ^; ~4 J, U1 G
    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)
    ' z5 Z5 z- _" a4 P+ Z# c* i" n3 q: n' M/ F# o' `# Z" }
    主要参数:
      o0 z. O; }2 j5 v& K! {供能指标:10兆瓦
    - s4 D* \: ?" Z秤砣 500吨,总重12000吨(24个)
    ( z" ^7 U8 v. T井深 800米3 \# ^: e, M' h) k- w( T' r9 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
    / P% ], b2 y$ U- @1 C& j使用年限:50年" h9 p) O/ y, e
    5 a+ n, T: |7 n: X
    我按瓦特的定义算了一下,g直接用了10
    0 @7 t8 A( t2 y3 V7 P. z# 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。. J6 b$ v3 d0 Q9 g7 Z0 w% q3 ~

    / n. z7 c+ ?1 E
    , w  h0 [8 x: ~下面两篇报道的都是这个项目- P& k2 Y! c: X

    8 N2 ?9 k: h) H1 F. H; {4 W1 n2 `4 m# r3 c1 J* D. P# O
    https://www.theguardian.com/envi ... re-renewable-energy
    : v  N8 ]: s* E1 q% k6 ^" {& o8 O" V/ O* e
    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。。。7 [" P8 A/ [, q* |
    - p: {9 H! f5 P% J3 }
    刚刚上了一个项目:江苏金坛。& {+ H9 D1 y$ i' m( ~$ ?0 U4 _8 Y
    http://jsnews.jschina.com.cn/cz/a/202008/t20200819_2613646.shtml7 D. z& E: e/ G

    7 U- A) V( j, u% ]+ ~( E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
      O3 I/ n+ q: L3 t  T7 X风光以后的废弃处理也是个糟心事

    / Z9 n/ l, G7 q+ P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+ p: u6 b$ l/ X% r9 b2 D/ U+ u
    压缩气体储能。。。
    $ U7 R8 O- K, d
    8 x, Y- d; y& Z: R. Q刚刚上了一个项目:江苏金坛。
    * G6 q5 Z6 V" O- g
    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
    * L$ u% v4 }# L6 N; j: x
    石工 发表于 2021-3-20 06:34
    , U7 |* E% u1 C( i) w% I. V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。: g+ i; w/ j9 D0 n8 [, ]
    " e; b( k! |2 s) k/ z6 O* u# C
    中国北方采煤 ...

    # K- H4 ~7 X7 a, f  T7 {) z5 Y- S. c. N1 s6 t' _2 X
    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。
    % A- j, y5 d8 C0 }
    - U0 h5 B& }7 b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   Q4 x6 e& t1 E4 k$ ?
    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 \$ D0 U  }" x8 r8 E# q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。
    4 ^( o  g/ o7 C感觉这是一个永动机式的好办法呀,只要搅合两下就行了。
    / d% c% p8 t, z. }% o. V+ L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 2 k; O/ _$ {% S( k/ b
    晨枫 发表于 2021-3-20 21:56' P* `' O) j/ 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 ...

    # ]! i3 @9 u# G# z% A2 |) d
    1 r# E4 a2 p: R" L" T0 nhttps://gravitricity.com/projects/
    - \& I" R  ^/ m, s& H; q$ }6 Q* {* E0 n8 K2 E& L( t
      ~. o6 c& L) ]. l+ m" [# g
    - a, ^' D" ?- X; i" c, P$ C
    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。
    $ [; ^, u6 X; _5 R; p6 P( f5 r4 J
    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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