新能源发展的瓶颈：储能

晨枫

/ ]3 O" c  N" D' H0 r8 |. v
5 o& J9 w6 I4 C" A6 f
# C5 i) J" k  D$ A! z

) C  U* u& k9 v/ C; c6 l
. q0 |$ x4 O& T7 R- [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
/ U; y, Z7 o( R2 v5 y
1 }4 S) F% Z9 l- o; s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。

( N4 n& c& S5 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。

; j# s2 |1 @9 G+ q
7 m- @, G- o8 u# h6 l
# q" z+ n: `) [6 A$ q
城市菜园可解决占用耕地和新鲜果蔬问题，但需要电力
( v8 ^" n% t8 S4 C
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。

8 t" ~  J: |5 n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。
1 J- {) }3 k& \6 W9 k' s
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。
3 ]/ O: O4 |- P) W# g
  |: ^7 L0 q% Q) d3 _
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 b2 r6 G0 A' c: l0 S6 X
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* k" Z! g) |' O+ T
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。
' B. ^( Q; A, K$ Z

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 [7 `' b- [( y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。
- R4 E( f3 ]0 O: p
# d1 U9 h) ?9 o, U" S, `5 t此外，就需要一点歪门邪道了。
$ R1 N' j+ R  C+ ]6 y5 }
2 O) Q$ W6 t) x- S# E
8 F/ j& z+ a  M+ N! c5 C. f, e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
1 ]# h7 S8 w. `7 ^8 y: ^3 F
, k5 e8 J( r/ F+ j9 I5 j9 |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。

$ X/ D. d# G2 d$ D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。

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。

' [8 h4 P+ f- l: _  x' 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。
2 v$ E3 A, T; X& I: J& n' W: q. I  B

semtex

答案现成的， 电车。

嘉洲

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？

晨枫

嘉洲 发表于 2021-3-19 20:10
' T# a# c" _; [& `) d# H4 G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 ...

; E4 g, V- S9 e+ G& ~. G8 J# B4 Q9 v# c氢能在制氢、储氢、运输等关键问题解决之前，无法成为主流。
4 W7 E2 q- {# j8 K; {+ C) y
由于耕地和能量密度的关系，生物能也难以成为主流。

晨枫

semtex 发表于 2021-3-19 19:48
7 y8 S4 }& ?3 z2 g; A- V6 D答案现成的， 电车。

不行。电车正好是反循环的，充电是在发电低谷。

嘉洲

- N1 }5 e. G' n3 Q+ r1 T+ Z

晨枫 发表于 2021-3-20 10:15
! p( ~- c0 V6 {% x# x! g. ^9 A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 i" `0 \. n# u$ E* u) h
: b2 Z5 }( n% h7 q* O由于耕地和能量密度的关系，生物能也难以成 ...

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…

semtex

晨枫 发表于 2021-3-20 10:16
- F: _/ I/ ]3 K* x7 v( E3 {( e" Z7 s  i不行。电车正好是反循环的，充电是在发电低谷。

* |" X  S. N1 H, K不是， 其实车绝大多数情况都是静止不动的，都可以充电。

晨枫

嘉洲 发表于 2021-3-19 20:31
1 r* g9 @- A& b! Q9 z  v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 ...

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。

晨枫

semtex 发表于 2021-3-19 20:32
不是， 其实车绝大多数情况都是静止不动的，都可以充电。

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。

drknight

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

晨枫

drknight 发表于 2021-3-19 21:45
5 T! H: Z- o4 `- q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 ...

; i; T7 t, A8 l8 g
) p6 y4 N" ^+ m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。

semtex

晨枫 发表于 2021-3-20 11:04
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。 ...

6 N7 [1 x. s8 H3 P; J* \
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）。

常挨揍

晨枫 发表于 2021-3-20 11:54
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- {4 P1 B; ~" G风光以后的废弃处理也是个糟心事

石工

+ `) A& p- U4 @( Y5 _# E, \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。
0 i# b3 _) f. U" G/ i+ _/ ^5 o
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 T- p" o: I  D0 }+ B- B5 G
主要参数：
: G( `8 }3 K' n1 P. a* K' t) k8 f供能指标：10兆瓦
秤砣 500吨，总重12000吨（24个）
井深 800米
6 G2 L* R1 D% X% b9 |9 W: K) u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
使用年限：50年
5 }0 p" R) H+ d9 g& P" R
7 [7 Z0 Q- s  D0 R0 r. `我按瓦特的定义算了一下，g直接用了10
" }8 C+ q9 ]% B' G0 b6 `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。
3 k& y/ g: n" h# a1 b! I' |* s; x
: t7 u" p, [& E, T% J/ o) f
, I  o% _0 _* a& X/ b' Y. t% R下面两篇报道的都是这个项目


https://www.theguardian.com/envi ... re-renewable-energy
, z1 Y" I# B+ U6 u+ p
, C! D6 \$ M* j5 L0 c9 R2 |https://createdigital.org.au/old ... ble-energy-storage/

赫然

压缩气体储能。。。

刚刚上了一个项目：江苏金坛。
http://jsnews.jschina.com.cn/cz/a/202008/t20200819_2613646.shtml

美国九十年代搞过一个，后来放弃了。江苏这个还要观察。

晨枫

常挨揍 发表于 2021-3-20 02:58
! m* `$ E7 n. c$ ]+ f风光以后的废弃处理也是个糟心事

5 w, l7 ]7 X( S" G  G7 {比核电还是要容易得多

晨枫

赫然 发表于 2021-3-20 07:07
压缩气体储能。。。

刚刚上了一个项目：江苏金坛。

7 `3 q4 d  g' J3 g, w% R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。

晨枫

% N' F1 y$ h! S. }# r

石工 发表于 2021-3-20 06:34
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。

中国北方采煤 ...

) S9 U( U, d1 x3 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，而是无限个了，只要井底能及时移开和放得下。
. E$ t0 O6 G! A+ P9 U. R7 V1 o
造起来了吗？

晨池

7 J, C; }0 r# G- d0 E

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，

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。
  ~$ `. J/ t+ Q$ P. P感觉这是一个永动机式的好办法呀，只要搅合两下就行了。
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。

石工

" V7 M$ |. n3 |8 b

晨枫 发表于 2021-3-20 21:56
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 ...

: b- K$ F$ Y3 f& k$ A7 ]https://gravitricity.com/projects/
$ w3 @( U8 g9 i' k2 l/ u
$ W  |- ]" t5 _8 s. L: y

% a! O, F. x6 D% P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。

5 d( M6 R. J; N% S  y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。