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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 2 ~: e3 G* @8 @7 L! a6 x
2 f" f8 g# f8 D1 v

' W& y, z$ j  {+ \1 ~9 P2 a+ Q/ d" b' K+ D! R/ f% y

6 ?# N: `: H( x: j6 Q; P2 r. v/ \' b7 j. a3 m" p$ Y

& v1 k: ]9 V5 K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+ b1 n' N: q' J: C0 \& p. I
  p- B6 N" w' L: y! I
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。
/ H  r4 o, I, _: U, q
! E- D, g6 ]6 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。
3 f) i- o: w1 \4 u/ a( x0 d- ?6 c' @" j0 n. c0 m# E) P0 M4 Q
+ r0 X) p9 H) r5 M+ ~& s1 W

$ ]. ~- o$ g2 t( i9 N$ V  d2 O
5 Z4 W$ o$ v. n% ^& m) p城市菜园可解决占用耕地和新鲜果蔬问题,但需要电力
1 y" k3 z3 a  Z& q( m6 r5 u8 A; o9 R5 v
4 q; t  `0 V  ^% X/ c: q% F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。
; P6 i! A% J* v
/ v- u, R  C3 p, w. U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。
' ?* U$ ^( G: N2 F- f8 ?0 u& Z- Z8 [+ M4 {$ E6 `. ]5 _" O  N! 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。8 i$ I& w6 S3 y

8 u. ]% W. c- ^: f# v. ^+ S" B  h
; G$ X+ r( j( J$ m# U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 _3 Q) @; F* e; n

3 `: `  l( D* W8 ]5 q9 K8 E
; {* d" m; g# x7 u* b废弃的地下坑道适当加固、防漏后,也可以作为地下储水池
3 v% `! C5 U6 S" h2 `6 P; i0 B1 g/ W, f; W9 p6 [  B
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。- W* ^9 y- J% K/ b! ?

/ r5 t2 g8 D# [! ?; p0 `0 {
& j7 D* s5 f8 A# `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. G% f/ M5 M0 _5 ]

2 J6 Z' [, l* L8 T- N! A  n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。
& U; X: y/ K5 b7 e$ n/ ~( Y' {% f5 ]
9 e. l, `3 e/ x. q* Z) [, g此外,就需要一点歪门邪道了。/ t* s. B! Z2 I) u7 H5 e

9 |! y$ D8 [5 [* B) N7 X; O' U( r4 n+ J4 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
0 z* y7 }& J6 ]1 G2 V) m
8 b4 n; d: ]- S" O1 T4 [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。
0 a( V: t0 S5 c. a1 O, p. C
+ t: l7 Q/ E. E" I0 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。
/ T# N  E9 H$ Z  d4 n( _2 h5 ~) Y0 O: h* r, L
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。+ p* ?- P" b/ B6 u. W) b

) n5 S5 Y+ X; e. V( \* P) M! K; [2 R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。, P) \7 ]& W+ p* O& @

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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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    给力: 5.0
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      发表于 2021-3-20 22:34
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  • TA的每日心情
    奋斗
    7 天前
  • 签到天数: 1145 天

    [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 20:10) z, o, z: `. @5 V: c0 d
    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 ...
    : M) c2 R* C; N  d
    氢能在制氢、储氢、运输等关键问题解决之前,无法成为主流。
    + ]- h; h+ \9 j% j; f! q% ?' p
    / ?0 N8 S: H+ M1 K0 C' q3 I+ H* B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
    8 }7 ~& n: P1 L+ g6 E答案现成的, 电车。
    / e2 d+ s4 M9 l1 R7 m% w' D8 ~0 P
    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
    7 天前
  • 签到天数: 1145 天

    [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 4 w# I0 a% p# d. w7 F
    晨枫 发表于 2021-3-20 10:154 I1 ^3 k, z  H# _% p" C# e
    氢能在制氢、储氢、运输等关键问题解决之前,无法成为主流。+ F2 f2 ]. _+ C' }! e
    ; Y! N, A$ W2 z+ s! T! L  `
    由于耕地和能量密度的关系,生物能也难以成 ...
    ) u" c# }, \$ @7 M9 n+ J
    6 c9 o3 A3 s! G* z, V/ 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
  • 签到天数: 1 天

    [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! Z0 M, I: B. s. y6 W
    不行。电车正好是反循环的,充电是在发电低谷。

    4 Y2 r9 M( x$ Z/ ], l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
    / n  z. z9 m# E, X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 ...

    + q' W. ?2 D0 ?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* W5 G. o# O; q" y
    不是, 其实车绝大多数情况都是静止不动的,都可以充电。
    - }7 Y7 k& E0 K
    # ?& u4 Z) I# z! t0 X( }" t
    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
  • 签到天数: 1033 天

    [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' \6 ]0 E. c& ^: n8 w! T# x" [
    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 ...
    ) o7 b, D7 M% y0 i. H

    " f5 ^# N7 T% o( F& f# i  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。
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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
    5 {; ?/ E/ N5 V; ?' {# g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。 ...
    1 h. S% e) A3 D/ F; _" Y5 W0 s- ]

    ; _; w" A$ k  n$ a# U% d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 20:58
  • 签到天数: 2118 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
    + a! w" z1 u. z, k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。 ...
    $ ^1 o# |7 k9 ~6 |% e3 _* X: c$ P
    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
    5 R/ h2 O3 I9 c% g* T5 M$ w! W3 `& d- r% D' e( U
    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 g9 o& T0 X. l2 Z! j5 ^6 r: z1 o, H! j6 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)
    ( b: H+ y+ n, D2 F$ U1 }# c( J* e% d. r. l( C8 ~+ a+ \
    主要参数:
    3 r4 X+ r4 t( j( {供能指标:10兆瓦
    3 S2 Y; l! o  i, {( G+ h秤砣 500吨,总重12000吨(24个)) N/ K5 d* e2 e" O2 w
    井深 800米: k5 g) F* ?: c0 q/ I6 s
    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  o7 w' n: C7 Q2 W- H
    使用年限:50年: A4 k' L2 V3 }- G$ R% }

    3 [" G/ E& P. d我按瓦特的定义算了一下,g直接用了102 o- ~8 d+ R$ d. V* b
    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。
    * w; b- p9 _- D5 x" R
    9 \9 t% [; i& `$ R+ Q
    / ~9 m# R- u8 `8 A$ k下面两篇报道的都是这个项目
    " w6 u+ |+ A8 S. a
    5 p& o/ w& ~$ }1 s6 Q- C/ B' F% p) d1 T0 \# c8 z
    https://www.theguardian.com/envi ... re-renewable-energy8 Y+ ?/ k8 O& ]( j, _0 A6 c' g4 Q
    ' `3 O% u# |( E" {( P
    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。。。
    # F  a- f5 u, M; R7 \' b- X& E& e& P& X2 l+ m( N% i: z
    刚刚上了一个项目:江苏金坛。
    ) {0 A, L6 R8 j2 `http://jsnews.jschina.com.cn/cz/a/202008/t20200819_2613646.shtml) T. Z- R+ x: R! {0 \

    ( w- @* u! B# t, ~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! f9 a3 h+ ^) q7 P
    风光以后的废弃处理也是个糟心事

    ( x# N' e, Y  X3 a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
    5 |! M# o: }0 Z! Y  G* O7 r压缩气体储能。。。' w; \2 N5 X# E  p- K

    $ y! X. X6 k' L' N  R+ L2 F刚刚上了一个项目:江苏金坛。
    , q& a6 r& w9 S
    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
    9 t# b% F  h0 G2 m
    石工 发表于 2021-3-20 06:34; r9 t' ]; R# m. v8 `
    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。7 M" _7 L/ \, |3 g' }- g
    2 }1 m4 M  S% f0 S
    中国北方采煤 ...

    ' o& G5 _5 O8 o( F. o. z$ g0 Y+ e
    ) s8 F- f+ u+ w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。0 R: [- B/ ]7 [4 M
    2 h. v* R* Y! R! k% z, r9 r5 S% s. Z) D0 M
    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 / S4 q/ {5 U, M3 {# X2 u* _  C; j
    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,
    2 ~6 S! w; G+ ~1 u& y
    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。6 b. s& x2 n  I: Y8 t" V
    感觉这是一个永动机式的好办法呀,只要搅合两下就行了。
    9 H& s/ d! o7 u) 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。

    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
    回复 支持 反对

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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
    ( f; J& |/ _- M8 ]( ?
    晨枫 发表于 2021-3-20 21:56
    % F) O7 P' t" g) M$ H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 ...
    * i+ j' z" I( [1 H- ?) [: P7 G

    ) O( V1 i" N5 d7 d( chttps://gravitricity.com/projects/6 g0 W2 a( x" S  `9 l* c
    ) A! u6 J" G: w6 R; M: V

    8 t& ^) {5 I8 d& G1 [9 g; h4 W( Z. w* e7 x
    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。2 V) y* R7 s3 k& ~4 H
    1 \1 P- J! Q: Y4 j; d% ?
    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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