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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 % w/ B- e6 v* T% t3 q2 d$ Y3 I1 t
, d) s& D* {! K: c/ {
; l- I: X  p+ M( u% @

1 ?6 K, U! F2 [* H7 \3 U! ]# C' d% I" M! l7 p0 B

. D2 R! v0 v: }5 p9 i$ L- h  ]" u" j: s: c; ]1 T' b0 v
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
: V, U. D; {9 M; q; V0 k1 H' p0 V# L7 M$ y
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。
( j; L8 j/ c9 E
% Q9 T  j4 f, s2 z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 j) l# u1 P/ @! z+ f

6 M* A. M! X; V# R7 [% _. X5 H# s2 C/ c6 j
" n& ~* n" a& [8 e! \
+ G! d% h$ \$ x. q) b9 v' n
城市菜园可解决占用耕地和新鲜果蔬问题,但需要电力
4 x' E7 M$ R7 @8 _* `4 R
+ j$ }! y6 ~0 l5 ]7 J& U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。
& U3 n% c) e# S4 E0 J$ L; I5 ~5 y$ E; }' ?; T5 v; V
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 |8 |1 f9 t% p4 Z

/ o& x. A# |$ H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。
6 A2 @" ]5 x/ x# V$ t( x1 q8 Z9 n
4 `; v; p9 z9 l  E: |1 q% {# P  @/ T$ W  }* m/ ^
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/ L9 [" o( v5 V7 C1 c% R% }/ V
$ D- r& R4 z% u; ~( S

, [3 c: u. Y4 g/ S4 a废弃的地下坑道适当加固、防漏后,也可以作为地下储水池
3 N5 o" _( K3 o& ~6 ?" B
. G& ^0 b  R/ M2 K" 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。; Z: y# I; Z$ i: ?" ?" L

* V/ B* f' ^/ b; m  I8 i8 D3 R
" E$ s2 J, d1 S- ]7 ?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
/ {- J/ |4 w# X6 x+ V6 r/ G! S4 Z) [& I* T' K! k0 Y6 n. \  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。
7 M: `) o' I- V# l8 o3 O$ V2 o: x9 s) ~# @, K3 q) {# E) \
此外,就需要一点歪门邪道了。
; L8 r2 h2 r2 d9 X# H" i0 }8 }* W
0 q! z8 \* f( T1 [- |. u/ E% P7 @: J7 {% f% v: s; O3 u
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( f% y1 h; k2 t5 m/ a( \) F5 y, b

: D3 w% j/ B+ z4 |& y5 S. 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。
9 r5 M! K, e& o2 y( y+ z$ H- R
: c4 T+ x- u* C3 |9 W0 E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。2 [$ {- [3 z% t  b6 }$ V
9 M1 z. [% r4 ~/ B- f8 C% ~0 L
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。" R1 V: s/ _: H# R' k5 t% u) a

, A1 Z6 j6 B7 |# X" F% 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。  [9 V# c: V5 S. 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。

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    给力: 5
      发表于 2021-3-20 22:34
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  • TA的每日心情
    慵懒
    昨天 05:32
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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
    * t2 H5 U- Z1 [+ P" Z3 X! Q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 ...

    . K- i$ S9 c" ~  G氢能在制氢、储氢、运输等关键问题解决之前,无法成为主流。
      m/ W* V% ~  s# `& |8 y
    6 t' b1 i1 u( I- _9 S: w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 19:481 ?3 z8 ~8 a/ f( w# g
    答案现成的, 电车。

    / q' g& G' N7 l! u$ 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
    昨天 05:32
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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 % u& R& T; T9 B( T. j4 Q
    晨枫 发表于 2021-3-20 10:15
    . B! J: \' W5 n3 f2 ^+ j& {% V" `" Y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 E8 I0 X# m3 ?, s# b

    & ~! C! x- ~3 l  b0 C+ c4 c# [" w由于耕地和能量密度的关系,生物能也难以成 ...
    4 s- a; z  c: J# m6 Y( a
    9 D/ Y2 f7 Q( g7 v* s" o& u- J7 G
    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; j4 ~4 D$ W; {% p3 }% Q: z) s
    不行。电车正好是反循环的,充电是在发电低谷。
    ( P! H% c& g* R1 `  ]" w; I" r+ y0 w
    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 20:31- m+ B8 w* S9 v) b# K% i
    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 ...

    9 i5 c" ^: J7 _8 B# [9 c6 j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 20:32- }$ ^) g% F2 ?7 k3 R
    不是, 其实车绝大多数情况都是静止不动的,都可以充电。

    ! Z, X9 g* n& C% u8 p2 i, A1 V9 y2 E% F/ n8 V& [
    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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    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 21:456 f( H7 b& }: x) n/ M& q4 C
    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 ...

    2 L" W2 ], f; T( m0 }+ V! O) ]8 ]; k/ O" N. v  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。
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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  S4 l5 W1 y. y
    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。 ...

    . S) t+ G4 @( c2 j: J" I7 Y! q5 I& Y
    # W+ B: H. J1 A; B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
    前天 09:07
  • 签到天数: 2180 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 11:541 p- v0 D" M- N! h/ {  R8 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。 ...

    ) x, P  b, ~7 i. d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
    7 Q& ?  g2 O7 h/ ^5 ]) }2 S: _2 J- _2 l; v- {, q8 l8 w# u
    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。' ^! [) h& S* b  P% f% z- d$ C
    . K0 C6 P( b) }
    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 {: b  a, d  {0 M0 X7 o1 d! Q1 F0 r7 q# F0 G
    主要参数:. t, D( Y1 d8 _  N  S0 ~
    供能指标:10兆瓦" G2 O1 v/ |  j* P" @1 b" D" G
    秤砣 500吨,总重12000吨(24个)
    : p( X) u0 i" E$ A( V% z" E井深 800米6 |- e0 R$ g  v+ A- W
    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
    * U# Y5 u. S: ~* E# I使用年限:50年
    8 K8 _; w" Z; B2 r* Q* }% \% V
    ' I- u) }* g$ p! U) _/ ?- s我按瓦特的定义算了一下,g直接用了10+ J2 V; I9 F9 d
    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。- M/ o7 X# z! [' d

    $ b6 S$ f- }$ i9 F4 D
    : b& M; Q) b- x  z, M+ q- f% U下面两篇报道的都是这个项目% S& }8 [( H/ d" [! [

    $ V4 d8 u, \4 W$ [7 t# j) N2 I
    2 N8 f2 S& g8 @2 C7 xhttps://www.theguardian.com/envi ... re-renewable-energy
    ) @7 r. q1 t3 Z* _
    * B, H4 r5 O% C8 ^4 I9 o! Lhttps://createdigital.org.au/old ... ble-energy-storage/

    点评

    给力: 5.0 涨姿势: 5.0
    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
    2025-10-20 01:43
  • 签到天数: 3171 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。。。
    , w4 m/ I3 c: f' L! r4 S2 j* a, @% D! j% @( x- |& w- S
    刚刚上了一个项目:江苏金坛。
    " A& }& `- L8 u& hhttp://jsnews.jschina.com.cn/cz/a/202008/t20200819_2613646.shtml
    " S" K: b* t$ _" i3 p+ C9 I4 i$ ]- B( m+ ?) H" h& L
    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
    / a9 T/ F, X; I" p风光以后的废弃处理也是个糟心事

    * ^; l$ D, }" l2 N9 s" e* g4 `比核电还是要容易得多
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    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 07:07' S! J0 \; g% K$ K! I5 ?. M# _! e2 F+ q
    压缩气体储能。。。- i. ?1 D7 E- L$ i7 I
    6 B8 e$ V' A2 W$ J5 k
    刚刚上了一个项目:江苏金坛。
    6 R4 n+ X6 w- |- y' e
    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 2 \- I0 `- K. H6 y3 e/ L
    石工 发表于 2021-3-20 06:34
    , e6 J7 M; ^" Y  H2 x1 U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。
    - Z% m5 `! d- _
    ; N6 J. R$ q: A+ H中国北方采煤 ...

    2 W( m; R  k$ x, T
    % H( ]7 K6 L3 y  R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。0 }8 h- @7 I: ^) x, U" }
    & ^* t& T9 d/ |8 d7 J, Z1 O
    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 . d. {& h$ X1 z  X1 ^9 K6 X
    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,

    0 x& [0 r  x* k  J( [7 @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。
    + t' u, |* k4 C# i4 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。
    $ i8 V" c- g" X9 p3 q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 / s# g: g7 k3 f$ F
    晨枫 发表于 2021-3-20 21:56; z7 J# Z  H+ O" j: S" h$ |% [
    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 ...
    1 v$ a8 j/ r' O. [  @1 p8 m

    $ E; l& x) }3 ~% ~3 M# r6 l8 Shttps://gravitricity.com/projects/' R" K" Q6 |: c  s: F+ e- ]% }
    ; O3 L# o( p5 Y4 y6 D

    , W6 a4 L7 b1 n3 p/ Z, g6 G! q3 \" n. K2 g$ e
    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。6 r+ X, H5 b  z9 C, x' t: ~" K" F
    * i3 s- x* {/ y" ]4 [" |
    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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