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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
& y4 ~; k/ Z8 e+ A; J! S5 X$ k8 q! h  Y7 I7 d" }6 F9 N

; }- l0 o- l$ z7 a! c5 K, ~1 Y3 t6 n4 \! q0 P1 _- A, X
/ H' R' z3 f6 ~0 K) ]) N  z

( N9 @+ @) \! J  H9 [
- K) l+ s. O+ J: b: l3 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
5 F% J: W1 N1 O8 |. f
2 {5 U; B6 g4 G2 c  k. ~2 \5 E) v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。
  c8 X- R2 v+ l4 W4 N6 {* J! p+ g
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。! F, P, S% Y; Q7 Q& \# k+ S

! g9 B( k4 d  U3 M$ D" n% b, e
5 m1 D( |- k4 G9 o7 I$ d# H8 ~
5 U" A! ~9 E* E6 c  Z0 i4 m1 d7 \
9 }- r! B! R3 q7 g1 v0 A+ q: d' 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2 G  w' ]. D$ @) F
+ p8 e) \2 `6 E
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。4 s* B6 w, S& |2 a% e- F( w9 V' w6 H

0 r' y: X2 q: w+ H- k* H* V) M9 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。$ u2 H) t3 Q+ C6 P. ?9 v
; D! V3 c: t: B7 a* B
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。
- c  k9 Q9 ?0 \- f
, Q; [1 x, ?2 }% l# @4 }+ h; P2 B" k/ G, W4 h" R: V+ \3 V
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
9 t8 @2 R; I" ?, R2 g& u
1 L+ @6 ?8 e4 h
$ p" |' a3 @" _0 L- J+ v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 ^3 ?$ k: m. |2 u% j0 a2 B, {, E3 c% 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。
# a( @$ @1 v2 p$ f3 T; L( `+ B0 L8 t1 u% A" P
$ @/ x! B: o- s
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& C& R- A8 u# I; I7 s; }
- Z7 t" X" [6 h
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。4 }; [. L- g8 y( ~& }/ }0 [

+ S1 v0 A5 [' s; h此外,就需要一点歪门邪道了。
# j0 c& c0 N5 |! S0 G8 E1 @" V* z! Z& H" R4 A9 D! T6 K
9 Z# f# V, K! G* H: m3 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8 \- r/ }! H) m* l

4 H. t& \$ }2 K2 w4 J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。
- Q7 \1 I" v9 W  y/ S9 v# m
9 {' _: B' I' J- d5 z! [3 y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。
0 ~8 T4 u7 P8 H1 E1 ~! l1 {+ B) Y& k2 o" m3 m; 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。- o- M6 s$ O9 p. g/ u) P- i# M

8 d1 Z" e. F8 v2 Z# r- r* A( v7 ]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。
% z7 g! b" q+ h) c+ M$ L) i

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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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      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: 1147 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?

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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
    * a6 M# I& V9 s6 A' 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 ...

    & J: d: b8 |* _* e- [" W* k氢能在制氢、储氢、运输等关键问题解决之前,无法成为主流。3 u4 B& F( h0 i! B: J3 \

    5 j; I4 R/ l8 F  g  c2 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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    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
    # Z% ^8 q  W+ V. N  v! s! G# M答案现成的, 电车。
    2 t5 {6 {) o' v: ]5 k9 l
    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: 1147 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
    ! B& V) V8 Z( b  B
    晨枫 发表于 2021-3-20 10:15
    0 b5 ~% E5 W! E- ^) v氢能在制氢、储氢、运输等关键问题解决之前,无法成为主流。  [  [7 b, O3 Z6 K6 Z* |7 u
      x' h% B$ Q8 P% [/ C
    由于耕地和能量密度的关系,生物能也难以成 ...

    " p. f7 x7 F7 m0 Q8 k( `7 V4 X! t3 K4 I9 h! M7 a* T3 Y
    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 10:16
    - j8 v$ `6 v* Z* [) q: c不行。电车正好是反循环的,充电是在发电低谷。
    / S" F; q6 Q" \) p# V9 _
    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
    ' t3 S  g7 C8 l& _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 ...
    8 Z" _  i5 P+ u
    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
    2 S1 _3 \+ q+ u: ~不是, 其实车绝大多数情况都是静止不动的,都可以充电。

    9 V2 }! z  D+ s
    + A0 s2 q% d. C8 g- d. i+ @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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    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
    ( e7 H6 Q3 H  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 ...
    ' k$ F8 N' g2 ~, ~3 Q4 q  Q$ h1 q
    : i; C0 r' q4 K. ~' 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 t4 r2 H. A6 P
    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。 ...
    8 v% V8 C# ~( J9 b# k1 \3 R) m6 x6 d

    8 ^, I. d4 Q# ?  n# h9 |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
    10 小时前
  • 签到天数: 2145 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
    * V4 @6 G! ~/ E, n' u, U4 `; 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。 ...

    : B/ R+ ]( Q* D/ }9 w8 d" N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 ; j* o0 U( V- A& O

    ! |$ @" H2 ~; P0 t/ Y* t; D1 _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。
    6 ^- \3 J% L0 \* D% S4 k8 D" k3 A" m5 \8 t( f% L& t6 J
    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 c) Y: v" P, X1 ?9 C9 N; L

    $ M# C6 |$ _  v, B主要参数:
    5 A7 e, z: V$ r供能指标:10兆瓦0 b7 ?) s$ I/ z# P0 Z- B
    秤砣 500吨,总重12000吨(24个): @1 ]5 L8 R% a3 l1 }6 ~
    井深 800米
      s- T& b$ I) P- ]$ m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
    ; H1 P9 Z6 v4 k6 v" v7 {: o) y使用年限:50年
    % |, \) A2 }4 j. A  k  Y: m, G9 ^- |
    5 Y' H% Y' G1 W! l& H我按瓦特的定义算了一下,g直接用了10
    1 o1 {$ y' C3 D- o/ \, _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。- S' \# E6 S! V/ f- V
    + \" N/ R. d- s* p* _& T8 T

    : m* |& O1 e9 a2 _8 y5 z' u$ o& j下面两篇报道的都是这个项目5 r+ d, j# {0 I4 ^6 Q

    + ]0 p% V, T# a
    . {# Y# e* |& U+ X8 zhttps://www.theguardian.com/envi ... re-renewable-energy
    / h1 o0 R" h- M$ R3 J) A
    # G& b6 \& K" F! Khttps://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
    2025-5-22 23:34
  • 签到天数: 3170 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。。。1 l1 ?" j0 d# M

    , }5 L# E- p8 L+ z. K刚刚上了一个项目:江苏金坛。
    7 R, c: V+ z! D+ n0 l2 vhttp://jsnews.jschina.com.cn/cz/a/202008/t20200819_2613646.shtml
    6 L6 h7 Z+ C5 B1 I1 U
    ! J" B7 y  K) {( L6 R/ X  P; C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
    ! G9 H8 c7 e: k0 a风光以后的废弃处理也是个糟心事
    , b; [5 a& m$ Z2 G1 U
    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 07:075 B' ~9 ~  W$ e% U# ^
    压缩气体储能。。。
    & D; l; v6 w5 k5 D# `  ~* P) f! y: [9 I, t. K7 V3 e
    刚刚上了一个项目:江苏金坛。

    0 J: W1 D+ c9 ]1 }2 V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
    ' Y! T! K& j' _+ F. I" z8 s
    石工 发表于 2021-3-20 06:343 i7 u1 f; ~/ U, T  k: K
    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。
    / Z8 v' l/ ^! B, @1 V% @
      i. \+ _1 k; g! l! g9 n6 Z" p$ Q中国北方采煤 ...
    ' q2 C2 z, [% `" F; M+ h* x4 t

    & d: o1 W3 u1 q. a  [0 N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。4 J5 ~' H$ p; ?& I3 ~
    & w0 B# {) e0 ]
    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
    4 u' Z/ n5 q! T
    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 R2 J  U" L. W/ N$ X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。
    ; D3 j" ~/ H6 X) 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。0 J3 i- k9 N9 q( B  K7 N; J) v+ j
    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 9 i# p) [0 _8 D% k6 {& {+ [
    晨枫 发表于 2021-3-20 21:56- X5 U, c- j+ C- I) }# N, 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 ...

    6 V7 r9 [- B- A1 M' B3 o5 U, O) [
    7 w/ O- {% p' j, d2 L1 ihttps://gravitricity.com/projects/# }( X- p! h; Y8 ^/ y. d
    8 }3 A+ c) x0 N
    . s, L8 U/ Z; v# `; x4 n7 p

      g& O4 ^" R9 Z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。, U9 Q6 L( E; i! Q2 U2 V2 i( X

    ; l$ e  @3 z6 G- H, R6 Q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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