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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 + Q  V: q) Y, t7 [3 j9 J/ f
9 w, Y1 V" D" ]: o) U

# L) _' @" z1 W0 L1 H* i3 ~/ A+ g+ l7 R  c+ S9 O# U6 s: j, c
& D" N" x/ T' ?0 ?8 ^% W$ D
9 Q8 `. x& f/ }8 c! G
) F# y% K, j! v
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
7 {1 N% O7 h' @/ Z6 H# v, w! j: s" c# Q' m* M- t
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。
# ]9 B) ]! f1 m, k# L  Y$ o. C$ [
* _3 @' M0 u% @+ p8 ]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。0 t+ D, ~+ a  }
9 k; |0 K! a  g2 v
1 o# D( T- [" d% s" J2 t& j

: c1 P& m" m3 C5 o. \$ e: e3 k$ g/ {. w2 L" ~
城市菜园可解决占用耕地和新鲜果蔬问题,但需要电力
* O, z0 Q, h1 S4 A2 H9 x1 W( [1 V6 D4 X. J. l  N) L1 e" e, p( r
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。
  j. H0 l8 J( O* a% I# Z: v
: A1 y9 R3 T' _3 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。
$ u% X6 U" t4 i9 q7 B) {7 R$ c
4 o7 R. X& y4 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。7 F* `- f  z$ s" l$ U

0 o" \4 G' k; ?1 {# I
7 d' c  n6 l4 F9 ]/ x8 l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9 F: }& g1 {+ Y

" C& u& a4 i% }7 m5 \7 X/ y
" l. t+ Z4 w  G  M& z废弃的地下坑道适当加固、防漏后,也可以作为地下储水池( U7 O" ]  B) i- U4 i2 t. t

% c( r) v' p* L- S! x  V* }0 w  d8 W  W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。) q2 g" {" J4 k$ g2 V: @
; g) K1 S3 [5 W
1 L# J" Y$ q# r9 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4 q2 h$ ^' \: P( x
" P& H8 P" c" `% H
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。/ f7 z# J  }8 C7 b5 J* k
& j. x+ _- v, @+ H1 j
此外,就需要一点歪门邪道了。
' C  f1 J( _' T6 L* {3 p8 b/ d1 m$ h5 F' m1 }
- R; C; E* n3 Y  Z& g8 _
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
$ ]( I, t) E( l, B' }' ^, r% m  E6 u  w- z/ e4 o! W; v
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。
- A* o4 z+ Z; @5 x! z
: B5 t0 i8 z- b6 r: {8 I) Z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。
: j: q6 ]" _9 x8 }- L
  I0 V6 v( v& p# d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。
0 H+ f% }$ K8 P. w- }% |% e$ W/ x3 p7 [$ f$ V$ D% 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。/ B. ~) \7 N: }. {5 p! A

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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
    给力: 5
      发表于 2021-3-20 22:34
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  • TA的每日心情
    慵懒
    5 天前
  • 签到天数: 1147 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?

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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
    ) J! I1 [! J* b4 H  {0 w# \; l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 ...

    + Q' @" j/ o# `4 E4 X9 E) G6 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。( v* h4 A+ i+ k) Y

    1 A7 l  @! {; a7 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: Y8 ~. t- R1 o$ g! X1 }: u" h
    答案现成的, 电车。
    1 E: M; D8 i% m' h; m
    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
    5 天前
  • 签到天数: 1147 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
    : q% M+ K, H. v3 ]! I" Y
    晨枫 发表于 2021-3-20 10:15( U( f- H& T. \0 ]! F2 V
    氢能在制氢、储氢、运输等关键问题解决之前,无法成为主流。* v% q/ X" S  ~7 b
    - |% J+ E$ Z5 ~. c$ M
    由于耕地和能量密度的关系,生物能也难以成 ...

    1 x+ C; N# @% A4 A) B1 _! @2 X# K0 d& D' a' @
    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 10:168 C1 Z7 a0 ]" s6 A# s* `) A
    不行。电车正好是反循环的,充电是在发电低谷。

    / ~- x2 [7 o0 x+ _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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    该用户从未签到

    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
    7 Y% F2 D5 ]  z, v& k* r: 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 ...
    # I1 K7 ?/ W8 ^% j( L3 k
    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
    : {7 S( o7 W/ @" S3 j不是, 其实车绝大多数情况都是静止不动的,都可以充电。

    . H( z7 R! }! p  m- z$ R& o. ^: N; Q& t* ]' J# e" N* o
    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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    该用户从未签到

    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
    ; E+ b8 L! @) P) [7 G; `6 r  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 ...

    8 G5 C$ g+ x8 A* Q' O+ T: ]) \
    ) r9 M+ d4 h& 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
  • 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. T9 l" y) A& I0 q
    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。 ...
    7 y. M' U. j& |5 ?( N$ W$ G

    . w0 y' q6 W( C, _4 W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 10:04
  • 签到天数: 2145 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" L- v; b& z" Y( 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。 ...
    2 }2 \5 F: k" M4 F- W' T) M
    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
    # x4 z2 s% i* p' j6 f/ o: `4 q3 Z& \* F) P; _3 c6 [
    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。
    . T2 n' h6 N& x0 J2 N# g& T( c* [7 z
    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), R4 o, c4 S% l, D: _  _

    8 e  f7 b+ X3 M8 }) C主要参数:* A- q4 ], `1 L- m5 W
    供能指标:10兆瓦
    ' b; X5 o* J* S5 D% F9 j秤砣 500吨,总重12000吨(24个)
    ; N  N( C7 ^& `井深 800米
    4 O5 r; k7 s9 h$ P# @* S4 S3 J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
    ( A; r5 N7 m: i使用年限:50年
    + ^9 ?4 P' f1 Y; M/ D: Q8 x3 a. G- s; k
    我按瓦特的定义算了一下,g直接用了104 l$ K0 J, _% s2 {9 R
    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。; `, l, E4 ~( {2 |4 G+ X
    9 G7 Q# U- q# R
    / b6 x* b8 O" |' e/ @0 X2 \3 J
    下面两篇报道的都是这个项目
    , w7 |6 \! v- F) N4 Q( E/ n, U' m! W4 t# {& J% a
    6 E8 Q& H" X: `0 v
    https://www.theguardian.com/envi ... re-renewable-energy
    ) o' }. r2 f$ Z2 T: j" Q' H7 V- B' M6 h+ H1 A
    https://createdigital.org.au/old ... ble-energy-storage/

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    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。。。4 L3 N1 {/ y1 U6 q* l1 d
    $ e# {4 i9 |( F
    刚刚上了一个项目:江苏金坛。
      p1 I6 K9 L) thttp://jsnews.jschina.com.cn/cz/a/202008/t20200819_2613646.shtml/ _5 B7 \& L8 s/ V
    ( Y* x$ o; V. q: ]8 c
    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 02:583 K" _8 x: A3 T3 }/ J
    风光以后的废弃处理也是个糟心事
    8 v0 Z1 e- w1 D) Z; Z1 z, R' |
    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
    4 {( U4 l. v/ K压缩气体储能。。。
    + \( x- T+ X8 j, D; n
      g' x& t/ [  ~6 ?7 O刚刚上了一个项目:江苏金坛。
    ( W7 x0 g6 E9 }# n
    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 9 w  y8 l$ j: ^
    石工 发表于 2021-3-20 06:34) E8 k/ w, E/ G4 \+ B! g
    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 ^& F! `7 m; R+ l# B8 `9 B- ]7 l. P" ~0 n
    中国北方采煤 ...

    : D$ E! q$ A& t7 A' F( m4 W, v) y9 \4 Q- @/ y: a, J8 {, N3 i- Q" 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,而是无限个了,只要井底能及时移开和放得下。
    , k: t2 }4 S4 j  u3 N
    ; D* g1 G0 H4 Z; D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
    % ~/ |. @. _2 J4 N8 V- o" W7 @! h
    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,

    * [! I. O. \* x. B' n" q  H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。
    ! d9 Y$ h! T" y, j/ k) Q1 e感觉这是一个永动机式的好办法呀,只要搅合两下就行了。4 l3 `* p! z. X! {! K. c
    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 , S9 q& y2 O+ e* ~# `' J
    晨枫 发表于 2021-3-20 21:56- L2 P4 H1 a! X* o2 W5 b
    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 ...
    9 T! x* q$ w5 y

    ! U, B' M1 v% g: k" R0 ~https://gravitricity.com/projects/
    + j+ F3 x4 W* `5 M  |' {0 w! x& v2 q; x* ?# ]9 ]2 R( j; v& W

    ) @6 O0 c/ K- j3 H  q# \0 O7 h6 _; A/ _$ _5 w
    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。9 S, ~( ]7 _& A3 s3 s8 s

    0 v$ o1 E/ m' z% d0 S  r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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