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爱吱声»广场 › 研究生院 › 科教学圃 › 新能源发展的瓶颈：储能
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[工程技术] 新能源发展的瓶颈：储能

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晨枫

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楼主
 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 / _7 }! r+ `+ R6 a$ L! i/ f( E
. p4 }! D; Z1 A/ I& p
, V8 f$ b: s3 d0 U
5 T1 B! I. N  m; i

: e: F( u, U9 Q5 ?* q+ _5 r
; w* S* k  B  h6 n. K4 M" L; C$ j( _
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
8 q. L' J* g" s' y& ?5 F7 ^: ?( u3 f3 P# ^. J" O0 p
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。1 t6 l/ e  Z3 O0 h- a4 C9 U8 X
* V) ~3 g! B+ F" {8 ]  L# @
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 P% T, M' J% n% ^/ X$ M3 @/ x
( |3 {9 z4 C1 {% |( a
3 ~2 d+ R3 |+ y
/ }# s% O6 V  H! M; E6 d3 B; U' r+ e6 c; {& ?  B) a
城市菜园可解决占用耕地和新鲜果蔬问题，但需要电力
, p3 r0 l% }/ f4 X9 v. D6 V) ]6 a0 G. {8 y& @7 A/ K/ V% O
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 L+ G8 {/ U& @$ K$ `& b
" G6 [2 g3 P- L7 J; b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。2 V9 Y2 ]5 o( H. W8 z* K& H

. Z/ T/ s* t" u2 B& j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 H1 t9 v# ]( a* q0 T5 l( i5 w: m$ J8 q% M  ~
# ^- {2 ~/ i4 {# F' I4 k4 w
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8 t! q( y. l! S& D( i

4 x* M. G' d; D: ~8 R3 H% F8 h) 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
  W- U0 L! ^! P, E1 T3 E( @; R: l4 C- ~
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 e9 f9 \; j$ m! A! z* `
2 p  |9 L0 R  S" m
4 m* s- C/ D+ U! p" h: j4 v
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
0 c0 [' r. J! f" i  r$ D
2 t2 l+ U( Z2 ~9 k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。! w) f4 J: A2 q) n
6 H! F  s' n1 S
此外，就需要一点歪门邪道了。6 L$ h! m% }) D. U
2 c; {( n5 V7 w

! Q; ^. e0 e: S' e8 g1 F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) C# E: D, e. E# O
3 {" ]' ?4 U6 u4 A$ q4 Z% k
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。
+ @2 Z( p! c% n9 n- O- @- R. Y4 p+ Q+ [0 \
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; X: I9 \/ c1 i: D5 ?* `
* k' G* ?) \! }# ?" G1 F& C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。( ]4 a% v* U, J* E

. ?9 y" U+ c) z' n, w3 q' c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。
# i* L* o( j* O' Z' B0 B9 V

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semtex
  • 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。

    点评

    给力: 5.0
    看客
    给力: 5
      发表于 2021-3-20 22:34
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    嘉洲
  • TA的每日心情
    慵懒
    前天 09:42

    • 签到天数: 1065 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

    给力: 5.0 涨姿势: 5.0
    helloworld
    给力: 5 涨姿势: 5
      发表于 2021-6-26 03:33
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    晨枫

    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
    ' X+ L: f' Y7 R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 ...

    # S. t" P" O% o6 n( ?: L1 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。. ~8 p  i- p* a- h; Y" m0 [

    * Y9 ]" x/ Z* r! j# L, r# P  X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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    晨枫

    该用户从未签到
    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
    : F# A/ t* q9 I答案现成的， 电车。
    ( w4 L3 v) M7 q9 @. b$ E6 g" [
    不行。电车正好是反循环的，充电是在发电低谷。
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    嘉洲
  • TA的每日心情
    慵懒
    前天 09:42

    • 签到天数: 1065 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 % O/ e2 i/ i: A  a& B( n( V3 d
    晨枫 发表于 2021-3-20 10:151 w# z& S) v4 w2 M: i
    氢能在制氢、储氢、运输等关键问题解决之前，无法成为主流。' Q% e9 W  X; u7 p( T3 z$ _8 P  Q

    - D) O$ x9 l- }由于耕地和能量密度的关系，生物能也难以成 ...
    $ _; X1 Q4 [# o$ {  g' B
    6 c" n8 {% B& z7 a& n. o
    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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    semtex
  • 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; Z- q. e+ ]3 |% X
    不行。电车正好是反循环的，充电是在发电低谷。

    ! C1 J, H$ ?; B; a6 v% h* n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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    晨枫

    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
    2 \' V0 x. x- z' q' H- |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 ...
    ; X7 Y9 V5 `( v2 t  k$ S( h
    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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    晨枫

    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
    . i, z* s  v; M) t8 I6 F3 U不是， 其实车绝大多数情况都是静止不动的，都可以充电。
    4 g, \' y% Q' p: O

    : x/ t# k. V$ h+ s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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    drknight
  • 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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    晨枫

    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
    ; K' u4 e3 W- u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 l1 y/ w' E# ~. J7 L3 M
    ( ?! Q) L5 t' _7 G" @% H( T" {8 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。
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    semtex
  • 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
      N5 H0 X' o; q  h7 Y; 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。 ...

    ) v# n5 t5 D1 [+ p  L& C  [5 N% m; r2 O+ j) b3 i# X; z
    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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    常挨揍
  • TA的每日心情
    慵懒
    4 天前

    • 签到天数: 2029 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: Z2 Q" [6 O3 o! {( 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。 ...
    ( c0 Q: s7 P* h
    风光以后的废弃处理也是个糟心事
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    石工
  • 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 # T3 J3 [$ V: N- C

    9 d8 [& Q) E: s% w" y* D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。
    . b5 {# V* X) _& A) W" x& |( K, `6 E+ q
    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）6 L* c6 R* }% T0 Y& S* G
    / \9 a8 W  e' G0 H2 ]
    主要参数：$ L* h: J0 P) |6 Q
    供能指标：10兆瓦
    9 M  A8 N5 v# l$ l' g& ~0 g; u) b秤砣 500吨，总重12000吨（24个）  N0 y5 G# u4 O& ?! U' R  X
    井深 800米
    7 S0 k6 p$ U/ K4 ^5 t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
    , H, Q  J+ @# }8 s$ A使用年限：50年7 M5 s. ?; D# Q8 ]' W& y, F2 k

    % s; p( M' T8 ~8 A' R我按瓦特的定义算了一下，g直接用了10! {' n! ?; ^  E& K3 G% F
    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。
    & [0 M! F( Z! `' T1 d/ ^& a; b! @2 a' C$ ?8 a8 D& Q: p

    % D' {$ O7 u2 r# u$ j5 I- @, N7 d下面两篇报道的都是这个项目
    4 o( ]  a# Y8 S  [% a0 i, H1 M0 J. N1 x
      ?4 A: t; k7 y% N. V$ k
    https://www.theguardian.com/envi ... re-renewable-energy
    ; W: T# ~8 k/ n& R! R2 X6 r
    $ ?8 x7 ]& {6 f0 Vhttps://createdigital.org.au/old ... ble-energy-storage/

    点评

    给力: 5.0 涨姿势: 5.0
    helloworld
    给力: 5 涨姿势: 5
      发表于 2021-6-26 03:36
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    赫然
  • TA的每日心情
    擦汗
    13 小时前

    • 签到天数: 3018 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。。。
    ; T, T! Z$ c  _7 r; i1 i2 {8 y# c$ o- `
    刚刚上了一个项目：江苏金坛。  `4 Q- H" Q9 u( T
    http://jsnews.jschina.com.cn/cz/a/202008/t20200819_2613646.shtml
    + H3 y) R' x- u9 T3 h! k. R; ]) s: E0 ]+ ]
    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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    晨枫

    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: L! g, B9 R7 B' p$ e0 W
    风光以后的废弃处理也是个糟心事

    $ G8 `8 g/ R& i! F比核电还是要容易得多
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    晨枫

    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 07:078 P6 Q% f, I& e: S) o7 f
    压缩气体储能。。。
    ! \% z# J, _# j/ U7 s7 C2 x
    ( J9 G5 E/ p2 k! B& U  ?刚刚上了一个项目：江苏金坛。

    2 h( ]5 z$ {- }/ O. B9 A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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    晨枫

    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 . t7 x( z, j! Z/ k% z& F2 f0 O$ u3 ^
    石工 发表于 2021-3-20 06:34) _% b3 E, [/ v/ [  b. ~6 V, e/ 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。% ]- w) |# P+ |7 \0 H: Y# A( C5 ~5 t
    6 p0 }- }4 Q) H& B; c! Z; k+ X# D
    中国北方采煤 ...

    $ C8 S" G  v% w6 Z5 h
      l* C8 z2 o7 m2 M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 l2 D" p: C5 p( z+ a
    9 H$ {% W; P% e+ b/ a) S
    造起来了吗？
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    晨池
  • 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
    ) P5 I. _5 N" Z* r* @( ?! L% V
    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，
    ! m& U3 g6 w+ k* ]3 a" t0 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。1 K: j; T( d2 _- E7 A& {  t, ]& b& e9 q
    感觉这是一个永动机式的好办法呀，只要搅合两下就行了。
    3 O) J6 D. ]+ V0 K! u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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    晨池
    一直在潜水  发表于 2021-3-21 13:45
    常挨揍
    司炉好久不见( •͈ᴗ⁃͈)ᓂ- - -♡  发表于 2021-3-21 12:39
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    石工
  • 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
    * l5 d; x) P( \
    晨枫 发表于 2021-3-20 21:56, Y( H) E/ N6 D& U; q! S
    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 Y) r/ b) w8 [
    5 Z( {! P: ]" k/ v0 h- b7 U
    https://gravitricity.com/projects/! m& `% L/ N0 A1 R' x8 m" _/ `+ J) h

    . l$ _& I4 I" M1 a" K: `
    6 u5 H4 ^, L- N2 H3 M* O" K$ W* w* u9 y3 K
    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+ u' V' R" g  ?) e
    ! o7 v2 _  }1 d' Z- A4 q6 s
    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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