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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 & D7 N& K! V1 B, i( b

  v0 v5 y  ]; y2 l
8 P# ]' q6 l' w5 c9 X1 t! `. d2 I5 }, X" H6 n6 Y6 i$ r4 `
# M* u. U. o8 N$ q

1 s2 g+ A0 k; M" {0 N5 Q) a; F9 a' C* F8 N, m
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
/ m8 T5 A4 h  l, D  L" J# _' T  K' x( f
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。. b1 R- Q, l6 q: P) m- M: [
/ o. s3 s% v) j# ^5 ?7 `: I
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。& i+ T) R0 [2 o9 S' z
, `' E$ z1 ?; i4 A! F) O

1 k7 g/ m9 x( C- t# J$ |
' n$ m. J' D; s* S& V7 C* \& y+ v# P  n
城市菜园可解决占用耕地和新鲜果蔬问题,但需要电力
' |( G5 {- X6 W( `8 Q4 W6 ^" A* U0 o) w) a) {. N2 ~9 r; R) H) 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。
7 [% q" u; n& y! G7 T: K5 q  k" n3 Z8 n. m
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。
; b3 k6 |3 }  d3 Q. j# }* C3 L1 \( w6 y
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。
; Q3 p1 G8 v: y3 I" p' N5 z5 J) X) h" U& a0 w4 ?" S  o  ~" g9 X  e
8 Q; N& {7 X$ p. Q3 C
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
3 U0 R1 R! x8 P8 I$ A- }6 |/ b3 A8 B) l( W! d$ ~7 G
9 s$ A# d# H& Y5 ]$ C+ F
废弃的地下坑道适当加固、防漏后,也可以作为地下储水池
1 r3 [6 n2 F0 S0 C- _2 B3 f; f2 [  v2 a; f. y* `* ~; _
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。7 ?1 ~; p: c6 Z, p

2 Z1 t( ^* ]8 X% V# q$ X3 D/ ?/ O2 n) 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
  `! J/ c2 K8 `0 ]$ B: q* y: h6 K1 y4 F( T7 K4 w
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。
$ r5 E3 d5 r9 O; T3 U$ {8 i* I0 S' p1 m1 H( ~: c4 o/ R
此外,就需要一点歪门邪道了。7 T0 N) V; k3 Y; `3 c, `7 Y! |. ?5 K# U
$ I3 T5 {6 g* t
9 O( z; G, d7 w; X. 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
  n; r" P2 X/ H$ K) l
( V4 g5 y7 }5 R- H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。
- d- c8 s. t" v* F; n" y; L
# y# j' Y' B* f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 I8 o4 M/ v; d+ k+ ^  g3 A' y% h$ I; ?
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。
! \1 x9 C! I0 H6 s3 K9 G
" [8 Q, u4 t/ |  I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。3 W, }3 i; a$ i

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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
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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 20:108 A* g. Z* t3 A- W! n8 ~
    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 ...
    4 v- Y5 Q) F7 u! N0 o* H
    氢能在制氢、储氢、运输等关键问题解决之前,无法成为主流。
    # g# r  D$ e% S2 {/ F0 ^. p% G. L( J- B1 {# Z& S
    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
    $ _' D. d! @: ^. ]: ]  q答案现成的, 电车。
    ' V1 v! Q: k: A! x# \! ?8 h
    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 05:32
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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
    8 ?2 j, U. k0 K4 W$ g! }# b
    晨枫 发表于 2021-3-20 10:159 _  O+ E" L+ J3 l: }$ r
    氢能在制氢、储氢、运输等关键问题解决之前,无法成为主流。
    0 u  o1 L2 D& h
    * z0 w3 c" U" l* _& J: G4 _, Z2 P1 D由于耕地和能量密度的关系,生物能也难以成 ...

    - N2 m) o, d8 ?0 G6 @
    0 c, J+ M1 b' Z$ Y; e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$ L( T6 ?( ^- e/ i+ \
    不行。电车正好是反循环的,充电是在发电低谷。

    + t) e. Q% }! s+ G" g# 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
      ~; _3 z! c( w; m2 b5 l& 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 ...

    7 c8 E" Y6 f" H: w' @. 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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    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 s- d4 r" k. _( d) N6 x不是, 其实车绝大多数情况都是静止不动的,都可以充电。

    , H/ q2 F7 f4 d. o6 r
    , c: g% p. x/ n# n/ N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
    ( o7 S' o$ ?" D6 j/ g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 ...
    0 N9 d9 C% ]! i* U: B" ^. `; r% a

    ) c1 ~4 a. k8 Y/ 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
    . a3 M  f% {$ Z# m/ \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。 ...

    / e4 p$ p/ a; z; D+ S& b7 r) w7 b& G; 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
    前天 09:07
  • 签到天数: 2180 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
    ) r; H) S) \/ \5 e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。 ...

    8 w5 k/ P" h% Z' B8 F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 v% x. e3 h8 a" J5 k! u; j9 N
      T! a4 y$ E9 `9 {$ p& T, Z3 j/ 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。
    ( k3 U) B) ~4 k1 M* W3 Q/ X  W  C& l+ ^3 m+ W; m4 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)
    $ J, z+ y0 Y: {" Y7 q( T8 C1 N0 y9 H) `" W8 F4 S% g
    主要参数:; k7 r- R7 X2 x- e9 B# z
    供能指标:10兆瓦
    ' j  V( r! W  X# m秤砣 500吨,总重12000吨(24个)
    5 k0 A" Y/ t& q9 \井深 800米4 f9 c/ [( t- F% 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
    ' P/ g! j% N+ c" B使用年限:50年/ X2 w& R5 L3 k5 l

    $ I  e' ]- \$ d8 r3 w" d2 K我按瓦特的定义算了一下,g直接用了10! ?. |. @, j3 S: ]4 u9 f1 {. X
    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。
    4 F$ B% R# A! p0 w, a" J' b6 g5 F0 I. a7 o

    1 _, y) @5 A* [7 W" C0 G1 Z下面两篇报道的都是这个项目
    , ^; Y5 P2 N! a" F
    * h' N1 B: ~( ~6 H+ P: Y' F! G" ]7 m' `7 g* v3 N; A
    https://www.theguardian.com/envi ... re-renewable-energy
    - \- y+ o4 W! i8 t0 p# j5 B
    / r/ r7 ~( O  m, P. ?3 W' Chttps://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
    2025-10-20 01:43
  • 签到天数: 3171 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 _/ [6 \" M7 A8 X. d- p1 Z+ k
    $ D- h" K+ I0 \! L0 L# O
    刚刚上了一个项目:江苏金坛。* K0 `  u: e* ^
    http://jsnews.jschina.com.cn/cz/a/202008/t20200819_2613646.shtml+ w* _& J2 r& Y6 @0 M
    8 k2 C2 P$ L9 M5 D9 B% A2 V
    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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    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
    " Z6 L* A) V( Y6 b% i3 G风光以后的废弃处理也是个糟心事
    , _3 E+ S5 }# n0 ^+ V6 m. x2 A
    比核电还是要容易得多
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    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+ H1 ~  B& U7 P# Q: A# T
    压缩气体储能。。。! L0 B4 q0 O, x) G

    ' W7 S6 M% ]9 H1 @6 D# B* Y: N. I刚刚上了一个项目:江苏金坛。
    * \/ \7 P) c/ c  Z: m
    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 4 o  s) A: D. g! `1 E& G
    石工 发表于 2021-3-20 06:34
    , f/ Q3 |2 O. q7 E5 _$ y, i* 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。
    1 U& }5 Q; H- a
    8 x! E, ~5 ?+ f4 s! m1 h4 u) q中国北方采煤 ...
    . V3 A5 }) E+ {# B9 m- g

    : K8 J1 k& o2 q+ _) V2 o; 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。
    8 L$ ^- V6 ]: O( Y  B  p# l4 U7 O3 n* ~
    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 c1 Z. Z# ^8 x( N+ I, ^6 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,

    / N% }" c) m) 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。
    % q. H) ~  P) x" ?9 L2 I感觉这是一个永动机式的好办法呀,只要搅合两下就行了。
    ' ~% `; b- j/ J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

    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 0 b" P- Z: T/ h0 B# ?2 m4 A4 S
    晨枫 发表于 2021-3-20 21:565 a; r0 \# p9 A6 }9 o
    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 ...

    " |- s0 L  O; `$ V* ^2 U/ Z7 p7 ~/ i2 y/ m
    https://gravitricity.com/projects/
    # o) t) w; D7 i, K5 k7 G4 I; G7 W; J5 n% y! O# A  L% d
    & f. C( }2 `) {% S% y. R

    % C. \" _: A! m1 H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。5 V. \" y7 ?. K

    - x; K5 V9 \; f  b8 z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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