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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 s* ^( u& e8 K

7 F2 v5 @" b/ g& Z5 S( C0 e  q
# `+ F. `6 }3 ?9 Y4 s% y  N) Z, x  f7 C, O0 I' L( T% D8 L
0 A( r: q  ]3 a$ z6 H

' a, u  R6 d4 V) e% Y( s/ \2 G6 t7 E7 c* L
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( _% S9 q; {* X3 i5 L
3 R) G/ a. R' E4 Z7 q5 ~) d. I8 m( c
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。
% a1 ]9 U0 t# g
7 f( |0 S& n. P$ x2 ?8 n* }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。
5 y! e* l& l& C3 @; l$ G8 e
2 W9 y, D# m% L: k- R! V% F! ~7 e

1 I$ b, h6 o" d8 M5 A& g: ^2 u4 i: i) E
城市菜园可解决占用耕地和新鲜果蔬问题,但需要电力; \7 Q6 X6 E5 w  u
  N( y8 J5 L$ G' ^. S$ v2 `6 l" I5 V
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。
5 \; P; }8 @9 O5 e) g7 d  o8 {
5 W- c2 I8 n6 y# b8 S2 @0 i) F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。: R, x0 A7 a6 o9 \8 a2 O8 p+ l

9 p2 X& M7 x2 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。% c7 V. P6 B' \0 y, |

& U6 e  D: l! A& F/ s" m: t* n6 w8 E8 _& d8 u# p
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. w$ e  `1 }: ^& e! |
  Y" F0 J3 I! |6 V. R0 |

/ o  P4 v8 L. R  L6 l2 ]废弃的地下坑道适当加固、防漏后,也可以作为地下储水池
. U4 Y( s) I' P5 A) C6 x- U: |7 @1 y, y5 }
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。
+ u0 ]: X9 K+ s2 _7 l' F4 D
- p7 U: ^) S; R2 U5 Z2 G) s% d& Q) v0 A8 x8 W5 s. @2 \9 v+ Y
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- ^; P. q8 Z+ h9 F3 U& @" r8 i1 F

5 s) z' b4 ]5 i7 j* F  e4 ?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。
1 K, w- g: c! D& _+ S8 N$ q( @/ P0 F! i
此外,就需要一点歪门邪道了。9 _7 G/ Y9 I9 C+ l) W" c- o
! X: T. B8 H0 L9 B

! p. u6 n4 R, _" J8 I7 {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/ X' ?# H' y; Q  k1 ~" o/ i

7 ]: B' g" Y5 Z. v7 k- E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。: C3 Y% D7 i. \  d$ q

% z! L$ c/ ?# K+ Z5 c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。
5 z  ^% O2 [+ q: D5 Z
! X; y6 V* x$ C" Q" {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。
* A* y  ]/ y/ X% `% ^9 ?8 s) t  ?3 V+ z$ N' w! D
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。
1 x! K: j5 R. y% F5 z$ w9 N  |* v

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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
  • 签到天数: 1167 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* y5 x3 m9 h$ c. 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 ...
    * s" Y( S0 z( b( K: w, 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。
      r( T! i& U9 m9 x( \
    9 p" I1 ~) v& w8 O& 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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    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# G3 }# i$ r0 M4 v
    答案现成的, 电车。

    + c1 F: O5 j( i# L- \' X; t/ R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 3 a7 t4 _0 p% X' Q7 n6 E( G
    晨枫 发表于 2021-3-20 10:15
    * d, ?6 O; x9 S+ p9 r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: d& n$ e% S, w. E; _. n/ v- m. M& Y/ l; P! A% P  B
    由于耕地和能量密度的关系,生物能也难以成 ...
    ) l- b! ?* g, \2 U. ~

    & D  b0 l8 e8 u( c& ^! F' k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 10:161 H& ^4 I" `/ s' Y; r
    不行。电车正好是反循环的,充电是在发电低谷。
    / \) H' b0 e+ a! w# w0 x7 ^
    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 20:317 A$ T, e2 i% _- [5 }- ^
    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 ...

    ' Q2 f/ j" S  z3 T5 W+ c) [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 20:329 L$ `/ ^+ `- c
    不是, 其实车绝大多数情况都是静止不动的,都可以充电。
    - [* i' k  t; d. I/ w
    ! i) @6 Y, o' @, K. E/ z0 v- 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, M1 a! Q/ |7 F
    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 ...
    ' a/ I% u6 F( K. H

    4 L9 h$ r& a+ c+ O6 N' y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! x% D! ~! U* w" E  F
    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。 ...

    $ {' F6 L9 v7 T. N$ U2 Y+ w2 e; J8 @5 Q7 X9 I  |1 U8 L5 n& G' f+ T
    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: d6 M0 ]; J, E  O
    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。 ...

    - p6 E& \; i5 R6 a$ J% O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 + I; `' H+ \1 G# A- `+ c

    , K0 J5 b& x3 C/ O' s3 f3 J. 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。
    & S7 A& \3 a# B+ q
    4 [5 J& f* l( M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)
    0 k  L, D; l7 L  Q/ M; [
    $ e! }. Z6 g3 \主要参数:
      i8 c( b6 h" a供能指标:10兆瓦, t2 E: W# s+ ~
    秤砣 500吨,总重12000吨(24个)
      M* H  @! g9 P" s6 _+ F井深 800米+ p" j* \; Q8 Y* U, x( _6 n' ~
    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
    ; Q6 m' H5 N" z7 {  `  b7 R使用年限:50年/ F! y) B5 z' x1 {" f* m' |

    , D4 [, m# \1 o& P5 L9 O我按瓦特的定义算了一下,g直接用了10: K4 J* f1 ~& ?2 F- ?. W- I2 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。8 c1 O+ L$ [. a( I9 M. s) |
    : p2 g- B* v2 V
    : n- {6 t1 |, P: q/ {( a4 q
    下面两篇报道的都是这个项目
    3 @3 v8 e% Y, ^( L, [% E
    - ^6 [* f/ o! ?5 s5 l/ {4 J9 v3 L- z" j* `% r1 T" D
    https://www.theguardian.com/envi ... re-renewable-energy6 G# R; z" F6 E- x
    + Z% F3 v1 a% }2 o% P0 }
    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
    13 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。。。8 \5 l# |0 }8 ?. o  F

    % b- ~% o6 G7 R0 w+ ]7 c刚刚上了一个项目:江苏金坛。
    " w3 f) {! y' U3 J5 D7 Q: whttp://jsnews.jschina.com.cn/cz/a/202008/t20200819_2613646.shtml
    6 f! w/ _- ^7 U( _6 U" l6 ]6 u: ?& ~6 \1 p
    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 02:588 n& G8 @0 \, K4 }& X$ ]# A
    风光以后的废弃处理也是个糟心事
    % v$ e$ j  |- g6 G0 D! E
    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 07:071 W" o( A, h/ U% z& g
    压缩气体储能。。。
    - {, m+ [7 b4 j6 `/ Y9 |
    * n$ O7 R( c8 y  i- K8 P4 }- V/ C刚刚上了一个项目:江苏金坛。
      `9 H4 }; y7 t
    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
    3 W+ }' J# V2 e/ a) M  k
    石工 发表于 2021-3-20 06:34
    % U9 p5 x" j: A4 N  Y( b; h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。( A. x; @, r. }# x4 C' q1 d! }- d
    . a1 {. \: E6 v. r3 u
    中国北方采煤 ...
    3 [& J) u. I) }/ [

    ' R0 T2 `) r' O6 P8 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,而是无限个了,只要井底能及时移开和放得下。( }# v/ U* R3 G
    # g' y9 t) T: a8 I7 f8 Q0 ^( N
    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 1 i( ]% r+ k5 R+ \; ]+ G, U# w1 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,
    ( f6 D4 d( _  j8 Z( e& 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。
    ; Q% J) Z3 |9 e0 M1 `0 o感觉这是一个永动机式的好办法呀,只要搅合两下就行了。+ U: \, {: ~, Q4 T* Z
    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 . @  ^  K+ `) F; ~& Y
    晨枫 发表于 2021-3-20 21:56
    0 o* h7 K. M% M4 Y% p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 ...
    ) w, Q( o+ U. P8 ?
    0 k, O/ A9 F2 y2 Y" G0 B
    https://gravitricity.com/projects/3 I7 R+ Z. j# \: N2 ?/ E9 Z
    # ]7 l. w: R4 a0 J1 m( j
    ( ~& H. \" {3 C% e/ e# s

    4 e, K' n. I! \; |# A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。
    ' T7 W) p- _& x* r4 J2 `+ i! l
    + r% q: h$ ^* e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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