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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
% u( J3 a- m2 p% j$ |* t8 p9 [$ e$ w8 u9 a5 O1 c/ @: t4 \; `- y

' G0 ?  W6 x* V" w: h: f8 z; O7 d" ^3 t6 n) T* N' k
6 i. [: z# Z, h& Z" C

- c4 N! a$ O# K  ^7 ^. d% z+ D5 A, U5 ^2 f6 `$ A
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
# A0 }/ \, `: G( I# O1 {) a& a
6 |+ v+ n# Z: L. j2 U. D6 \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。% l" l6 w5 g6 ]% X% y$ E7 A+ h1 i
& T. G5 q, l$ e
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 I  t. R# t$ Y5 [
+ c4 K$ J( h% A2 m" e% N2 |  c0 N! O

9 `3 n& F5 K1 p, r( k! Y9 k9 L* h6 g' P+ @* L; A
城市菜园可解决占用耕地和新鲜果蔬问题,但需要电力8 X& E4 @' ^% W% B' n" [/ P& I7 N

# |% t. r8 V4 P' J1 u6 d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。: m% `) i" m1 o! ]  z5 m
+ K* X  h; p  |% I: V" L
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。& o. g8 g# H- p/ d* T7 P  I

- q2 u+ l3 Z% c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。. X9 U; v1 U0 P' ~6 J

4 `$ e8 U6 |# N! D
( y1 F: M, {# U. O& S% g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
1 M6 y/ a! c! b& p# o9 I# I
+ L/ t3 U# c) x# x! G1 w' v- |. ^  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: X' P0 P. w4 L3 x; T  `8 Z% H

- Y2 }' V. O% R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 E2 U8 Y! V- Z3 y( a2 a- F

! h0 z- C* i+ Z+ d; U# |" F3 J( [  z$ I4 V+ v, D4 K+ c
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 }8 r- e* }/ |
5 Z1 J2 x2 o! ?# 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。
$ H9 t5 b% x& M: g  T8 @" q7 X0 `3 ~4 R; Z! i
此外,就需要一点歪门邪道了。
0 q" L# V$ V$ I/ t* T* {5 ^9 C, k
( b% a3 }, C- B; R1 ^0 G/ V
/ Y9 {6 s- j& [: A4 p6 @1 `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7 M( h* e' Q- u# K0 U8 r

$ B+ s; _, K, G9 ]* @3 B( }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。
/ e' I9 H. M/ ^2 K: p+ Y6 M
9 L/ T: ~8 P( n3 @# {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。" S, ?- F1 P6 B( |# e

: Q7 f& B7 G' _/ o2 s! v- j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 d1 P7 [' h9 }$ H
; [. G# w# @* j' v  u0 f
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。
  v) I. h% m2 G8 Q9 r; N6 U

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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
    奋斗
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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?

    点评

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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
    ) ]5 B/ X& g. K5 P  g* J* Z4 \$ 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 ...
    9 c& }4 r1 S" b0 d; _! u- n
    氢能在制氢、储氢、运输等关键问题解决之前,无法成为主流。
    6 U! h. L, E& L! ?5 j! t; m1 _+ D% o( Q3 h7 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, z2 d( \* R; U; `& y6 n
    答案现成的, 电车。

    9 i1 f" X' c% m: Q, D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
    2025-6-28 05:55
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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 , K; D: B8 X) [/ W
    晨枫 发表于 2021-3-20 10:15+ E" X" Q: _2 }: {/ I0 i% G, o* 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。
    5 F8 D/ {( `$ e' X$ F9 F( e5 M3 [/ ]
    由于耕地和能量密度的关系,生物能也难以成 ...
    # b& x. q5 Y3 h+ N

    - j7 x) }& ~1 Q' S0 T( t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
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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
    8 @0 f, J2 y6 e5 Q% k' A不行。电车正好是反循环的,充电是在发电低谷。
    6 s) j( |# f: Y+ A- @4 n1 R
    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
    ; z! e& z8 i. B5 {9 F- A4 _! [$ J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 ...
    , g) _( i6 F. m9 i9 |1 q9 ?  o& s
    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 20:325 e/ S0 o4 ?. p2 L
    不是, 其实车绝大多数情况都是静止不动的,都可以充电。
    8 X: V. \( r, _( d
    & [- I3 |9 J' z$ ^
    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
    3 ?- r: e! p3 n4 _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 ...
    6 F+ d4 i, @  T9 u% o* E

    : m/ R9 d1 S7 U3 c. j( v3 A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! h) a* [; O! }9 r  f+ X
    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。 ...
    % L0 `' s4 |) c

    . P% g1 Z9 Q7 u, K+ l# 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
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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! m# N- `; S7 W+ \+ b: H2 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。 ...
    ; D% I0 E5 M6 T' V. a. X" C2 p. v
    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
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    [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 8 b5 |9 T' }* v
    : f; u5 A3 a& D* O
    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。
    8 \7 s# @  |) p% c' C% z/ C5 L3 T8 {; H( j, e
    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)
    4 Y( w0 t( g) p- I& M5 G* g- R6 x! F
    主要参数:  b5 [/ e3 ?; M/ _% `! e
    供能指标:10兆瓦
    3 g6 Q: U% _+ q秤砣 500吨,总重12000吨(24个). \; d" b7 i/ S4 ^
    井深 800米& U/ \/ R" v7 F+ m8 Z  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
    & q4 {* l& o# ]0 v6 H- {/ `使用年限:50年
    9 B3 \- ^+ _( o! v1 H
    ! ]& J, s5 b  X( _3 ^. `我按瓦特的定义算了一下,g直接用了107 @. K$ m) F, t: c0 q
    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。
    1 f0 i# \8 E% }* d1 A3 I& b! F6 y" }  G# P- @2 h# S3 U7 D
    , r- R) t4 o% o3 l. Z
    下面两篇报道的都是这个项目- Q0 S: _; a4 g' E

    6 e; }( `# s4 f  g
      z, o5 s: ?' Xhttps://www.theguardian.com/envi ... re-renewable-energy7 j4 ^; R- `; C* A3 z% y

    & G0 n3 }8 ^  mhttps://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
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    [LV.Master]无

    15#
    发表于 2021-3-20 21:07:20 | 只看该作者
    压缩气体储能。。。$ r: s+ D* j: a8 a0 l

    * `' H" a6 p$ [# L刚刚上了一个项目:江苏金坛。) R$ `* Z& N2 r
    http://jsnews.jschina.com.cn/cz/a/202008/t20200819_2613646.shtml, }$ S% T* _! e5 ]( y. i! g
    6 L4 a/ O) F+ p% \" M
    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
    1 Z% D* r4 S' \6 Q7 e; _; D风光以后的废弃处理也是个糟心事
    5 z6 I0 k3 Q, X3 ^, b3 ^/ @
    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
    . w' V( L/ U3 a, d压缩气体储能。。。
    0 U- [+ J( ]- Y% I, c0 z( O: F# N1 D, z# O& g; H3 Z# P7 V
    刚刚上了一个项目:江苏金坛。
    9 b: x* H* }9 w& E8 B
    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 ; M1 E9 M: [0 X
    石工 发表于 2021-3-20 06:345 v) E  d5 K+ M; }) }) E( X
    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。
    ' j4 }8 O5 K( x0 C$ ^+ |7 |6 ?  W
    * h. I- v3 b* E7 g中国北方采煤 ...

    0 t2 o2 p; {3 ^: f) Q2 W
      J8 z6 ~8 v( f8 d5 I+ |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 l% U5 X2 P5 w8 F% O0 z' }' N0 `
    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
    ! ^  p7 [( ~0 d* j: l* w$ a
    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,

    . Z% {% u, t5 h. S! @; S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。; `# X* G' w  I$ Z) Z
    感觉这是一个永动机式的好办法呀,只要搅合两下就行了。5 b- G8 r0 t5 F
    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 - K$ W' v% J9 T3 Q" z
    晨枫 发表于 2021-3-20 21:56; E% p; Z. u+ b6 `1 [1 r( F$ n. k
    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 ...
    5 s- m4 s: V# R" m1 j/ \

    6 H* M# l: Z# @8 @' r* P; lhttps://gravitricity.com/projects/9 P" @3 f( D" i
    $ ?) I+ t% j+ w( E0 d

    1 I9 R3 b3 W) o! k
    % Z6 x& W& k* r; K! P9 C4 u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。
    ' |' }! ]- w# Z3 C3 J! H/ u
    0 I; Y% `! F) P. ]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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