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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 / l" ^$ {6 F. s  i, o  X9 x# z
# P6 M/ G2 ~# R" g; E/ A- T/ {

- A* S/ S* _' }3 @  |3 }5 e& M* w. H  I) |* f' E

+ v8 @# {, s3 n, D8 j
2 S) I* a; x* K
: @6 L! L+ ]2 O# U' V# |) n8 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+ ]* w  Q# Y5 r. N$ _: |
9 b8 m! F9 z/ X/ j) I" I- s
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。
0 L1 H1 a* X# k4 G5 j5 f4 l0 {  z" T0 Y/ Z0 `8 ^$ S
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。
2 n, \( k. G" H) k) B: e& N6 [, E5 m3 W" \4 l- ~7 k# [, J! [
  a  _' j% ]+ i) |9 K
! k- T- V7 E1 l# V

( t7 w7 S  |: X) E9 f5 T& C城市菜园可解决占用耕地和新鲜果蔬问题,但需要电力
* Z" p) A0 [# z+ N* O$ Y
7 I1 G4 l% \. h6 }9 Z' @' p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。
2 {2 U6 e/ z, ]7 H
7 T7 u$ a8 m/ I4 [2 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。
+ n. s2 u( ~  k, n4 t, r7 c
: O; {* q: Z6 u7 o, @* Q; _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。
' U7 ]. p5 V7 x" ^; [' r8 A7 i  y2 p5 v0 p0 F

1 }, Q8 k. V9 K, B8 ]" N: m: g/ y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 b& N- K) C3 n' u6 ^+ F* _" X4 n# c& j( {, M: |9 ~
/ a2 @8 C. j4 H4 W  r1 p3 L
废弃的地下坑道适当加固、防漏后,也可以作为地下储水池7 V3 ~2 p5 v9 W7 W) m

) z# l3 r+ c  D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。
2 X' ?' N) X& T' M& Z9 [1 K( f3 t, k2 v( t
5 Y3 Q. B, L  y2 y$ E6 n1 Q, `
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5 |% U5 r: ~, g; Y0 K: h2 U- |

" }& O- ]9 L$ J  t& p0 o, R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。# i! i- }$ W  P8 D
" K. s& s4 {% V7 V# p
此外,就需要一点歪门邪道了。  C3 {* V: ^; K7 t+ A$ K& v6 u

$ y- V$ S& {: g! D  g+ q& G( n# l6 B5 m% D# l. I
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* Z: W  s/ c- J1 U6 n+ f5 N
6 |0 q' g8 v# Z+ c( T
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。
7 z- }6 A- k! c+ X9 E# ?! l- `/ w' n2 E, e+ r8 B! ^# y. _5 ?0 q
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。
6 @6 _6 J) ?* i/ [0 K$ Z6 J  ?
( @2 a- {. d7 ]' A# s$ T- T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。
. k* n: d/ p& N; j% L* C" ~0 o2 W/ t5 B6 S
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。1 y9 X% P( ?: V. d% Q

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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

    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
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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 20:10
    7 ]0 @- \1 V! O( v+ l! S& w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 ...

    " ]0 ^% \1 C$ {; 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。1 h5 G" j, h9 c* k7 w
    0 ^  v# W3 {3 w" `! B1 J
    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
    * T% X! q# ~6 i8 b$ R答案现成的, 电车。

    ( X% e" h+ e+ {1 v3 @" Q! s4 j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
    2026-7-1 03:12
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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 7 Q6 g/ e6 X; X# m
    晨枫 发表于 2021-3-20 10:156 V* Q0 I. ?2 q2 s: a
    氢能在制氢、储氢、运输等关键问题解决之前,无法成为主流。8 B- G3 U$ a4 ]1 p" @7 L5 z

    4 r, w  S9 y, z0 I5 ~4 X( W: K$ P由于耕地和能量密度的关系,生物能也难以成 ...

    - ~$ ~  D0 t# {1 U* k' ]( n$ l( v) `- {9 b* Y1 R) 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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  • 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
    7 Y' Z& J9 o" @; n不行。电车正好是反循环的,充电是在发电低谷。
    3 @( |3 v, h0 W/ K! j' 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。
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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  y/ L2 a8 a: s; Y
    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 ...
    # ?+ i# C) l7 L8 ~6 c- H# Z
    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
    5 T. O) V- d0 `) U- k3 ~* q不是, 其实车绝大多数情况都是静止不动的,都可以充电。
    $ ?7 A( Z7 z& o" Q+ `
    * P" Y2 O* U1 g3 [" U# a
    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
    $ |0 X- {2 o$ m2 \$ P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, [& L* W( P2 Y, \4 y
    ! @! h1 x3 ^3 z4 T* h
    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+ g* D* H, J8 y( L0 T% H3 ^
    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。 ...

    ! k2 q8 o3 X2 T) ?3 u  [! I7 ]3 i8 b( u4 h
    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
    2026-6-27 09:25
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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 11:546 G' O8 x2 u" O! @) S- 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。 ...
    7 ?/ L2 p4 o( u- 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
    2 q1 ~. s7 U5 p, l. |) a$ Z0 o" p  l# `
    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。- Q0 j: c; J9 S( ?/ K8 i) k- i* k
    - r- d* v/ b6 u- L' ^$ D
    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)9 d* ^2 P8 g# M% @$ ]5 H5 I7 ~+ @
    # o5 X0 c+ j3 \) w" \2 N
    主要参数:' F2 B+ I* s' \$ g
    供能指标:10兆瓦4 x) L. ]1 ^5 }. H) W, {0 N2 e
    秤砣 500吨,总重12000吨(24个)6 K. Y+ r+ [9 c' M4 K
    井深 800米
    6 Q2 D9 q# p; d$ @. Q# z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
    ; |* N: o3 d9 _5 k4 k5 R; m) U使用年限:50年
    7 r- {  z9 f1 ]' s" Z8 a5 L8 N. P
    我按瓦特的定义算了一下,g直接用了10. A5 j  F, ]' n9 e/ i! `  l
    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。' y' Z1 |" X( w4 D

    * m; _  \2 n7 X9 Z+ T9 r% s% [) ?
    8 Z# ]  I6 w$ T下面两篇报道的都是这个项目/ {) F- P' E& \5 Y
    " {& u: y4 X7 z. f) d9 Z
    9 Q+ U' G# C1 H6 l- k& M
    https://www.theguardian.com/envi ... re-renewable-energy( o# G$ z& _7 C5 l3 Q. }  c& R8 m
    5 P* E. j/ P5 J+ s5 U
    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
    昨天 00:22
  • 签到天数: 3366 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。。。
    2 T) B, H2 z7 a4 ]6 U. T
    9 L# Z" z8 J3 e* k8 e刚刚上了一个项目:江苏金坛。0 _+ T8 `4 X$ i, h9 R
    http://jsnews.jschina.com.cn/cz/a/202008/t20200819_2613646.shtml9 K0 H, H+ c! F7 B5 q

    0 |- D% q0 y" w$ _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
    - q  U( L, n: ?8 d6 a' w  S% W风光以后的废弃处理也是个糟心事
    * `! I+ A: F/ 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. L5 K! r* H+ o  r7 R4 v
    压缩气体储能。。。
    7 P+ d4 c& m- k) j5 j, w3 J# E# C* G. n- a/ `! u9 r7 \- R+ e
    刚刚上了一个项目:江苏金坛。
    9 c" q7 W# h4 P- d: Q2 @! \
    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 , o0 W. {$ _! x( t# X/ s
    石工 发表于 2021-3-20 06:345 X$ q  C, j" T: }- s" 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。& x* a- K& `- n( @- V4 @/ ~. a

    ( x. U/ c" w) ^中国北方采煤 ...
    : r. u1 ^/ N+ s9 L9 O- q+ D) A
    . `5 {7 D" ~1 O8 {/ _, \3 R
    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。
    3 _7 v3 G' G0 M; f( h, z
    1 |+ j# x2 h, N+ u0 S& N5 \* {' i; f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
    6 ~) Z6 w- o6 r8 C+ |) S6 Y6 q
    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,

    ' {9 F. r- u) C, [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。  b! W# E, z' s9 R. R! R
    感觉这是一个永动机式的好办法呀,只要搅合两下就行了。
    & b9 w+ Q$ |( O% e0 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 8 }5 s- E2 ?) g6 X) ]
    晨枫 发表于 2021-3-20 21:56" L, l& [! @, \8 M9 ]
    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 ...

    / z+ m6 d7 n& w! N, L) i6 g# L
    ) s  L+ l; r4 @1 ~- L: \https://gravitricity.com/projects/
    1 E# b) `8 Q( \4 J
    2 U" @3 j' [2 b2 B, v
    " O  i4 E" t! h2 r+ J9 F7 W+ I- d8 e
    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。
    % H% G' r/ w9 q& P5 o" U" c0 e1 r. q9 u
    # f  K( k7 }5 D" G! j) E3 C6 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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