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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 * C9 h2 h3 j; T6 K5 u
3 a3 G& @: k" o, y% U. D2 w) F
; o: u* i, K1 J* |; U/ Y$ A) _
, g0 X% u, P  R$ H' n  k
' k: Y$ P! u; J$ v3 U+ T

# R  V5 ]' n7 k+ ~, N0 `
$ [$ X( Z8 @" G3 G5 Z( K) }: [0 p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( H, H/ {# Y% l4 v# {7 V7 `4 b
6 S" O8 V  u* ^& K; w. r
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。
# n4 M) l) r- s6 c3 w
3 A1 `& x0 }' \! n. W* u# d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。
7 |; K7 w3 l" }& V0 r1 A2 Z. x0 I: y1 s) m& ~1 ^& G- X
; U9 K  [! K7 A9 b. Y
2 z- j$ F4 p4 B  C  L& s+ R

5 Q8 ^0 f1 J5 Y- h1 K城市菜园可解决占用耕地和新鲜果蔬问题,但需要电力- b# n& K/ H0 x) D7 [0 }: `6 B" r
% U: A1 n4 o1 n. 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。
" U" N1 h  Y& C3 E* J' [; [# n3 a2 q2 F) E7 E- 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' V" o' N2 m5 R: L
) d! r! Q6 G: U. _$ _7 o8 w8 L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。
: h5 i4 G3 u% G- s$ ?" h5 s6 F
" Z0 V0 r; z- O: l
8 y/ ^) }- b" H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" I$ [& _. n$ @( Q0 `4 K. l
* t  v( W' m7 J4 T5 I- L" f& g

6 l. r1 W6 V, z' O8 G废弃的地下坑道适当加固、防漏后,也可以作为地下储水池
4 L7 _1 {1 s) L0 U: `# a& \
* H* V9 D2 T' E% P; e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。
8 V6 y7 Z% L6 M" ^& V, s8 v: P0 F* z6 I# M# p: v9 f
) N0 X  r1 _. |5 D9 K2 b
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
7 t4 l8 X( f) J' _2 d! f/ S# Z1 D5 f
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。" j( r9 J+ B/ E7 ]" {

% U, X: j  q+ {! ]4 t4 H4 \9 e' p0 V此外,就需要一点歪门邪道了。, O+ ?$ J# e/ }% a, v% A/ w& O; y

2 s8 {! s8 `' r/ b% ]# g8 a  G0 W. F1 v) q% o" E& ~, H
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
. T7 [$ w0 A# Q
6 M) {% g) Z' ~- x5 o9 {$ _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 z' I7 H, m2 M* ^  O7 ~3 b( w3 P0 ^  @3 \3 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。' K7 i4 `- G+ E+ S9 G
! ^) _9 x+ h! ^
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。
2 a/ h* v' ]. d
3 I6 d# D) i/ R" `, b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。: i! c. M, w+ Y2 D  h

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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
    慵懒
    昨天 02:36
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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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    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 T4 l/ e+ Y: N: y& Q+ 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 ...
    ' [) K7 o. ]+ R) z
    氢能在制氢、储氢、运输等关键问题解决之前,无法成为主流。* p" `1 K: o# G* Z- |6 H" G
    . q$ b3 }  V; @3 Q$ v
    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
    . L3 |. b2 B7 }答案现成的, 电车。
    : I- w* ?" Z- O" P1 }6 K  j7 @% Z
    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
    慵懒
    昨天 02:36
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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
    1 x1 y8 `7 h' h- g3 P4 x1 y
    晨枫 发表于 2021-3-20 10:15' x& R- D0 N% V1 Q* M" G5 V  L
    氢能在制氢、储氢、运输等关键问题解决之前,无法成为主流。$ n3 A. m- y- q6 h) Y! w; Z: N
    . n8 W2 K" v0 f7 q' J' O; S) `9 O
    由于耕地和能量密度的关系,生物能也难以成 ...
    ) v( u. C: O& K- R3 h+ _
    6 ~0 w  t% U4 H! D
    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
    & J* p: `! n6 {5 o不行。电车正好是反循环的,充电是在发电低谷。

    3 D) J" I1 N5 {3 V) b5 ~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* \3 U1 j" S% G1 n: E( 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 ...
    2 t7 f3 v( g; A; Y
    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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    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
    4 t" I' ]- {! b2 }! S不是, 其实车绝大多数情况都是静止不动的,都可以充电。
    9 ]; q+ [# P2 x! L  Z3 S8 r

    . _9 X  ^9 k3 H! Z$ X/ 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
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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
    % A1 S1 n8 a  B& Z, K" L2 N$ K) ]! 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 a2 W. |$ F: s* t4 k+ |

    5 z; n. K" H- y3 H" G+ A' b5 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。
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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 11:04
    5 }; w, C* B0 y  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。 ...

    # _5 t6 L) ?( h  k8 j" H  D9 u7 m' V3 p/ ?
    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 20:48
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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
    * n  e  G) F8 I! {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。 ...
    * U: G* \( M: N: K; w5 \( A1 w& l
    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 + G/ A5 w0 B: y: J1 p- i% S5 @

    9 V6 |, h1 f0 @+ A/ c4 @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。
    9 y/ y; h/ W! k6 I! _0 X
    + h2 i0 D0 Z" `" @- b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)1 ?: W# G) O8 _, q$ Z' R8 y8 d4 R
    9 a4 p/ A3 w* h$ a# N
    主要参数:
    0 y! t) X# y6 Q) D5 ?供能指标:10兆瓦* ?6 s* S7 d( \8 ~8 _3 q3 P5 i' A
    秤砣 500吨,总重12000吨(24个)+ C- ?2 r4 F0 P) W' H' w1 y
    井深 800米
    : V! i8 O0 N4 |8 n6 w/ ~7 B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
    9 c; ]' R  v$ t  m7 U; [) w使用年限:50年( ~4 X: O1 m0 K; X" b

    ' w& }/ m. x: ]& X+ D0 v我按瓦特的定义算了一下,g直接用了10
    - R  A7 S% o. |7 ?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。
      T8 U/ h  c2 ~; D* H4 h5 y, T: E) q9 t6 M9 P

      N6 O- z6 \* A7 ?0 @下面两篇报道的都是这个项目3 N6 y; n! W1 ~0 j$ u: U

    0 d) b3 ]& ?* I8 Q; ]( k) f' Y  ?8 ], e) X; r$ Q
    https://www.theguardian.com/envi ... re-renewable-energy
      U( C& A( n5 C/ @5 Z: N( `
    " O' ?6 i- {! n7 D: Q, F5 Ihttps://createdigital.org.au/old ... ble-energy-storage/

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    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
    昨天 11:17
  • 签到天数: 3167 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 d7 b8 R1 A$ i0 E, f& q5 c/ ^
    " [) F% {: G! o+ |( b刚刚上了一个项目:江苏金坛。; U) I$ t9 [7 L
    http://jsnews.jschina.com.cn/cz/a/202008/t20200819_2613646.shtml. a9 i; _# z- R& ^6 t

    $ A% G1 ~% V) A% A6 \  @: A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 02:585 P; T/ V6 ]0 A8 d; {- T, Y: P
    风光以后的废弃处理也是个糟心事
      q8 d2 H3 D4 [' R4 P  q: [
    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
    6 z" l7 D' i; D: H7 `( h2 d压缩气体储能。。。
    - J) S* B% D) J% V7 {. h( ]3 E
    - J: u* O( J5 B刚刚上了一个项目:江苏金坛。

    4 q  J# t, z, J6 `# r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
    & V& d" S, W. p
    石工 发表于 2021-3-20 06:342 J* a- I% g( [. x! g& 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。
    5 S" B; ]2 G& N! i0 t, c+ A2 L  t5 E& H% o- h- |4 ?! K
    中国北方采煤 ...
    ; w3 m' ]1 X  j5 s) o6 f3 |
    1 C4 Y# |6 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。7 o. o: ]+ @& g8 X- z- ?

    3 i+ z9 B( ?) G6 G6 j* g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 / |1 O+ {1 ~6 _+ G1 |! u
    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,
    % P5 g1 ]- Z" {! V" e
    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。
    7 j+ w: K2 R  F; k  u  x感觉这是一个永动机式的好办法呀,只要搅合两下就行了。! }. R0 T  Z2 d0 Q, H
    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
    * u7 @6 v/ L3 k0 o$ k2 n. G
    晨枫 发表于 2021-3-20 21:56
    ; \9 A1 X7 K9 \5 c0 r. C" s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 ...

    0 Q, S, w3 P" N6 `4 @6 T* W
    ( S0 v' J2 b! p1 u- |6 p  qhttps://gravitricity.com/projects/# i1 h1 L2 N3 }; {5 r
    9 P( i' {. l* `
    & S* [. E! |! V' |8 O( z1 N

    7 A- w& g& T* L# }0 D7 {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。
    + C/ k' x0 k' K0 \
    ' x) Z1 g$ F" I3 {6 {4 O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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