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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
! x" Y  |3 O: q& p$ O2 |6 J0 [1 I4 ~$ a; {$ A7 o
( @$ y# Y( W- j7 O& q  G. r

6 |" v) Z4 o) X6 x0 k* P5 O3 U- ]" {0 ^2 {- R! `7 T, k' z' L( ]
" G4 `7 d0 g5 J7 P
& B4 I1 v2 W; t4 \
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
# N) F) m4 k" K4 p3 T) F+ v4 b  a+ a8 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。
9 N* r7 u2 c" U8 U) E8 W( N3 n5 H$ v4 w0 s
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。/ \' ^6 P, D  H4 i- c1 I: N

1 ?1 |0 J# P' P8 B" q9 q( p% q- T; P3 y/ {3 W; g
& x" ~) q% t* g7 a) b% p$ C! w

/ X4 f: o* N0 _/ H% l  ^" ]4 q城市菜园可解决占用耕地和新鲜果蔬问题,但需要电力
: \) |$ T5 E0 B) o2 N
: M- ]3 k" G2 p8 h) \& L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。
# G- j4 x1 Q% a( \7 U) w" g: G) @  e% @8 Q
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。
* f9 I' ?( `' w1 z: K2 Q2 W0 F
. J! r  y% b! ]6 {2 P( 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。
0 J, ^  H6 b, s# R& y) r  `: M0 l8 ^" J

) n: V9 l6 g  P3 Y% k, O5 u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' V- ]5 {: p  p0 F2 w( `
5 B) j# r/ H' K' X- e3 {8 _* |

& o5 [8 d/ t; r) B3 L* z5 I% ~废弃的地下坑道适当加固、防漏后,也可以作为地下储水池
4 d. r/ _1 ^7 i
" W$ k& ?+ p& g; X( 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。
2 j* e2 d/ n# o! d4 `+ s
' D) z7 U. K( ~% W- M, p5 D# g/ c, m3 o% x' t0 |
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
9 M) m% w& q3 u1 K, |; B  H; O+ u" z2 q: j" J
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。
& l8 K! @4 j8 E4 B$ }" S! z3 L" V/ I- n! K' C# i
此外,就需要一点歪门邪道了。- \0 g3 @  `0 m* Z9 H% I- C
$ l2 S6 x! p5 H( }, j

; e  X. n! e9 E* v0 D& _8 g, p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, ^! V5 w  a1 I) u
, K, V6 J5 M& J4 E: m; `/ v* D6 n1 |
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。
0 e! A0 W( F1 u5 t
- o/ k/ H( ]  ]$ g. d) X- v6 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。
# D; T4 C* \* O: {' D5 @" A
- e! F9 T* j6 V2 W0 b$ y# S+ k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。
  h. f5 A8 S( ~4 ]% Z+ F% k+ G+ I& u) e- J* h1 V0 o
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。
, s( I& z5 X1 J: @# r. V* w

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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

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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
    奋斗
    11 小时前
  • 签到天数: 1188 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
    ( \' M# U4 r$ P6 {, c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 ...

    , N" S5 M0 \3 I. g7 P4 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。* f7 S$ X) I2 @# @

    ! n0 G( y  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
    7 h( E: u. o8 l& s. g1 d4 X' f答案现成的, 电车。
    9 A. ?/ P! r/ O+ ?# ?1 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
    奋斗
    11 小时前
  • 签到天数: 1188 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
    4 l4 R9 ?2 Y( e9 p3 x" U6 @
    晨枫 发表于 2021-3-20 10:153 Q2 E$ [* l5 u
    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 p! e: |& t7 g% \; N( }4 Q+ f
    由于耕地和能量密度的关系,生物能也难以成 ...

    ) F$ F& n" m( c0 n# f8 L( z. {5 H# @
    5 Y' n" _6 D$ x, C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
      A/ I) j; Y0 l# I5 r0 B不行。电车正好是反循环的,充电是在发电低谷。
    . \& y1 U. k  e2 M! t* T. c* A" y) b
    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
    ! X0 g7 E7 D' u( b& y# q6 k6 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 ...
    . L' p2 E& Y/ e7 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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    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
    " M/ Q+ u, C& K4 k% ?5 Z0 C不是, 其实车绝大多数情况都是静止不动的,都可以充电。

    ' R2 G: m8 v/ t8 ^  T1 c9 V+ _3 x9 e7 n4 H& J/ s9 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
  • 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
    6 C4 o! X6 b- f2 T- @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 ...

    5 j8 F! p4 n4 z2 X
    ; p. K0 u; `: y4 V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
    3 v" }/ i$ z* k5 o. M; o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。 ...
      b+ p0 Y1 D9 j! ?' R5 V4 F' d
    " n' O# t4 P/ \, a' Y5 m( I* K# 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)。
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  • TA的每日心情
    慵懒
    14 小时前
  • 签到天数: 2303 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 11:546 L6 {  k( I' u" p; m" ?6 d& X4 n3 r6 a
    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。 ...

    ( H) ]+ X" Z- l4 C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 ! X5 l2 z: X0 Z1 ], j. |

    , L2 `& U. F1 `" z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。
    & [. k4 P- |" O" `* T2 s# b4 S: ?( |$ x4 [( a
    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)
    : g# h  d- [" p) {& |0 H% s- W& U
    5 B% d4 H8 L+ l* s) D主要参数:
    9 e4 H8 i/ L  g" t6 D) E6 i8 T  V供能指标:10兆瓦) N$ a7 {" y- Y) O
    秤砣 500吨,总重12000吨(24个)
    7 h6 G  Y5 p  r) l井深 800米
    & E2 a5 K) T$ {$ Q  ?9 t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4 M" D% S" {# H  u
    使用年限:50年0 v2 U4 D8 p2 J8 R- ?. F

    7 N* ]1 {/ [6 m8 U7 Z* ?1 P我按瓦特的定义算了一下,g直接用了10: W; S) ]. C' `: D2 d) 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。, u# ?  M! u/ p! L8 ]1 d

    6 n' S- u1 X. ?7 T1 |1 z) d
    7 J$ ?6 u' ~* B% R3 H下面两篇报道的都是这个项目5 O2 v6 w& n) k" O! |  T
    + A/ x, ?  j; O0 i; E) z# x" B

    4 H4 h1 E9 \6 D6 ~9 u: G) dhttps://www.theguardian.com/envi ... re-renewable-energy
    ' p9 S' G1 Q- O& Y) S; c; M) N: A) B. I, c( [6 f
    https://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
    23 小时前
  • 签到天数: 3343 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。。。
    : R8 F# G/ d' P3 n/ z! ~/ B/ S% Q4 w7 P( P  [$ S
    刚刚上了一个项目:江苏金坛。
    # E* U* W: g% l  }1 I+ W" E/ M& I; Nhttp://jsnews.jschina.com.cn/cz/a/202008/t20200819_2613646.shtml
    ) P$ f' _; s8 i
    9 s4 D4 ~9 Q/ Z/ [  t9 {9 {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
    9 W3 H  e' c/ [- x" |风光以后的废弃处理也是个糟心事

    1 l2 H: G" q, ^3 W+ 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 07:07
      a' J$ W. E/ Q/ c, P7 v压缩气体储能。。。
    / s0 C. I5 Q# e" K% {
    , @: g4 U" a% s5 L  [刚刚上了一个项目:江苏金坛。
      w; F+ {4 K& e. G2 D$ f
    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
    8 y1 C7 |) ], G
    石工 发表于 2021-3-20 06:34
    0 w) Q& T% S4 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。; Z7 k$ n% M5 {+ o3 c( ^  B, j0 w  `
    0 Z/ y$ H) M8 _, o6 `, A; F" X
    中国北方采煤 ...
    0 T$ I5 Z" _9 b

    . d8 N$ ]3 @  T. {, `- n; O/ Z5 W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* |% R# F" R& Z5 N1 A- M  N
    ) N8 J$ S8 f9 p+ }8 g
    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
    , o( E( x! p& ]
    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,
    # ]) ^8 G% V  B& p4 b5 |
    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。) u1 F! M/ ?$ U, S+ _8 V
    感觉这是一个永动机式的好办法呀,只要搅合两下就行了。
    + C: N% \$ _$ p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   N; K% y, v. L1 W  f- T* y
    晨枫 发表于 2021-3-20 21:56
    7 |1 t2 Z" C  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 ...

    # x0 }# K8 q- K7 o/ ]$ c/ J( m  q$ {$ b. B
    https://gravitricity.com/projects/- j2 Q# t- Q% B7 {, f# B. Z; X! S
    ) y: w) o! X! X' G1 K' X5 r8 m

    * C8 `+ ^! V! P
    : M+ ]6 P# ]0 D* Y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。( g0 V9 E5 B7 z+ A" q4 S. p8 g

    % k& T+ O; }% _# x5 x- a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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