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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 & ?3 f1 i; w: n" C

" ^4 C9 y0 ]/ E. V1 |+ u% r9 ]: F/ ?9 y. M3 D
0 W" g* q2 y2 G$ V+ z: [

" t4 d! @3 O$ r, l% m' K; P0 k' X( \+ b9 I6 X- k
4 c- z; W7 Q4 s: d: I7 x
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3 f* E4 r* @: t3 @; a5 b
3 m" @& u0 G6 V; ]# o! Z
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。
5 h+ ^: z( g' R& K; M$ b  J6 B. S1 m6 ^- K
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。
$ x& m( i1 D; j, ]3 i# X
& l9 A, G5 f$ B& B3 P1 |1 G+ U4 \; r" z7 Y! U* r( Q3 O8 H. P# X1 P
3 D" [' t, `' D$ n' M. U

  u+ M& B+ _; r; x2 x, p: {. x城市菜园可解决占用耕地和新鲜果蔬问题,但需要电力
. v0 r8 T+ M# X/ _
2 h" ?/ o4 b' R- x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。/ [( L6 \4 K* M1 ]4 g' y! `; M
. S) J. n$ M( F! b) 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。# x* ~% o. q4 [
7 u; h: p' s, w) d% Y7 s0 t
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。& O& s& V5 e+ @8 I. A( p" L
. s$ E0 A: N  i' I5 k7 Z& [/ j- `
$ d) x0 P/ |+ r# c9 B
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
$ ^  }* |2 B9 W) E: Z8 t1 [' g9 D5 [& Y' R

6 F, c$ l0 r$ T废弃的地下坑道适当加固、防漏后,也可以作为地下储水池7 K7 V6 M) U; x

7 \. A# _  u( l4 E3 u# {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- g  R  g) e( D: \, R9 `: W& }8 F4 G+ L& x' O9 z) D5 M# _0 c, `8 d" v3 H

3 @9 e8 k$ {3 w! \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% e' O6 `3 r/ ~1 M

1 |( z3 ~4 H$ J! ]' J4 N2 s4 D, A4 t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。! y9 @  n4 v0 g
8 @+ H; Z  M' I2 ~# o- h0 B5 R6 o
此外,就需要一点歪门邪道了。
. F' N% F  z8 c. [9 m; {5 d9 p, n4 Q  m+ F
- w8 Y& a4 Z4 q% m2 ]3 j
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
2 @5 X4 T+ Y# Q4 `( _! w7 y7 q4 G( C! L) \# F3 }
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。) N8 J: V+ ]( U! c! z' z

' y' D/ @4 w- v& @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。* q% G% b& ^7 @  }
, k! e2 B, h0 p7 O+ A2 U) J# Y
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。
' Q; R/ N, L' ~6 t5 I5 S& p7 a4 F6 C3 E& r7 }% t7 Y
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。0 S( ~, \% }. v. p! ?9 }3 l

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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。

    点评

    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
    4 天前
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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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    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& }# }* h+ g. z2 j
    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 ...
    & d6 K* Y# p3 ?
    氢能在制氢、储氢、运输等关键问题解决之前,无法成为主流。' n0 p; H* c5 |* G- c
    6 [$ j- `+ S2 U- h& V
    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( i2 t3 Z1 Q2 h+ y/ l7 p; R5 J
    答案现成的, 电车。

    5 F1 R3 ^" q  E: X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
    4 天前
  • 签到天数: 1167 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 + Y5 R& n/ D' r" D* i0 [
    晨枫 发表于 2021-3-20 10:15
    ) E3 |1 e0 p; K. k6 C! P氢能在制氢、储氢、运输等关键问题解决之前,无法成为主流。+ P+ l2 E  @7 {0 s

    : e0 S# f+ n; v& R1 C由于耕地和能量密度的关系,生物能也难以成 ...

    9 p; `4 E/ `7 S  X+ `6 m+ A0 o$ r7 M/ O0 i$ X3 F+ Z% A1 a0 k- d5 Y8 s
    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) n5 r+ e0 n' E; A
    不行。电车正好是反循环的,充电是在发电低谷。

    * j) a! q$ N. V+ E. [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
    1 V# w- ]! q0 p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 ...
    4 \* E6 o/ ^& L
    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
    1 L% ?! a' o  z- |$ J/ }7 B不是, 其实车绝大多数情况都是静止不动的,都可以充电。
    3 H9 v5 S5 c' L- D

    # d1 W; A8 Y# k1 Z  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
    7 r9 U8 m3 ~; {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 ...
    , ~& k+ P% X' c3 ?

      [% P* O$ O, P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 11:043 Y( Y* z. b. e' {; R
    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 o' m4 v2 ^: H  c$ T, x8 _0 j2 B, p: M0 j/ ]( f; Q
    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
    2 小时前
  • 签到天数: 2215 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/ `8 k. Q0 Y1 S4 m4 D4 [
    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。 ...
    ) M0 G1 `3 Q/ T! U
    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 0 y, _- g) y, H2 N7 `  c, s

    $ `/ s* L3 [! C- w6 I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。
    & v/ }+ ]1 t. x9 R8 Y* k) a* j
    # i8 b2 h6 a9 U# J9 `# u& 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)
    2 n; C1 D! j6 I0 G5 f) e2 k  n+ E  Y
    5 ^2 N, c. \* B+ ?8 t' j: l主要参数:
    " m9 ^9 H/ R0 m/ Q. w; q供能指标:10兆瓦9 W2 Y4 L5 G' R! _, T" n1 f
    秤砣 500吨,总重12000吨(24个)
    - N0 V% c* y2 M2 x1 @. t$ i井深 800米; e7 o1 X+ o: e) m& Q7 A$ r* Y2 k
    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
    . h7 u1 f1 j& A& Z, j8 m# a使用年限:50年
    8 g# x3 J  z# O. B3 ^- [$ a
    6 P) s. y0 ]) e1 r) L% k2 G我按瓦特的定义算了一下,g直接用了10
    5 m7 p9 I6 c  p# S; G12,000,000*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。
      _/ Z" @+ m9 C
    - D3 Y& |' ?) h1 b5 }: a
    ; s  S$ s/ j6 v# R下面两篇报道的都是这个项目2 V3 L( s+ H. Q' y  v3 n

    ; L7 H4 F0 G6 b1 Y1 k  H+ l" m, V
    ! e; W" p1 Q! f6 v  u$ shttps://www.theguardian.com/envi ... re-renewable-energy# {1 n  `; J1 }* l9 l+ g

    5 r( ]- z% V$ Q/ q1 I' P1 }2 P, a2 Phttps://createdigital.org.au/old ... ble-energy-storage/

    点评

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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
    12 小时前
  • 签到天数: 3197 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 |% s$ ~; }0 W# g5 g- |

    * {" X$ ?5 h- M- q. X9 U# v刚刚上了一个项目:江苏金坛。
    8 B; A5 S  P: |$ \* o1 L, Vhttp://jsnews.jschina.com.cn/cz/a/202008/t20200819_2613646.shtml% G) |6 w: M$ G1 `2 S  N6 O/ q

    - U% I6 Z6 ~1 X  f+ Y1 f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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    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! h5 h2 V. @5 `. u* w
    风光以后的废弃处理也是个糟心事

    7 j9 Y" R3 P7 }5 u" h. x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
    # b2 K+ x) P* J压缩气体储能。。。
    , Z5 w1 n6 ?0 D0 o6 }* D  K6 T( ]" J9 y  X& e5 `7 ]7 l0 Q
    刚刚上了一个项目:江苏金坛。
    / P) @7 }4 O9 ?3 t) {. d
    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
    . a* w* l5 \9 w6 I: m( P' F
    石工 发表于 2021-3-20 06:34  i  ~, j/ P0 @
    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。2 Z" d1 m" u  |/ T
    2 Z3 |7 Q/ Z4 @5 ]1 v9 l" X
    中国北方采煤 ...
    9 N9 X1 f9 g' W( Z
    5 z) }! k/ s0 j
    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。! Z2 {3 E$ I' w* e. s; i  m7 N
    ( r& J8 m7 j  R: V. ?- ]9 k
    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
    $ \( Y: V# U1 v( L
    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 F" a! a- n! z  G8 P
    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。
    # u; W- K6 e- p) h  c& w感觉这是一个永动机式的好办法呀,只要搅合两下就行了。/ w4 W4 p7 K$ s$ m2 l& s
    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
    , q  m% B0 \% u8 q
    晨枫 发表于 2021-3-20 21:56
    , K$ T+ w- T) F# Y1 P% 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 ...

    4 |; |  T0 ]" n7 q
    6 E( n7 Y- ?' y* P8 b4 q2 Nhttps://gravitricity.com/projects/. E* E: N3 \3 _

    , y3 i6 ~6 }! _5 f7 |9 a+ u$ D, S4 U4 p) h. I5 K: P" j

    8 a. K, Z/ t) \1 Q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。# B1 m5 ~, ^" H

    7 y& @0 |) y4 L0 S$ c8 j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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