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[工程技术] 新能源发展的瓶颈：储能

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晨枫

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楼主
 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
* @# _9 X4 e" ^; J2 z6 i) \: |
" ^& g7 d% ?' g3 z, h& C" U1 _( N" G
' R+ q5 Z" W4 g; J5 v

) K/ i+ X( _; V; {% b. U
7 H2 F+ E1 [% E" f6 ?% ^. O% ^
5 c3 O7 z8 T  K9 E3 e7 ~, m9 F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
! L2 d+ I0 M- {8 b) ^( E' j
1 W" ^3 u% \1 R+ E- y' P& N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。' W/ P% R6 w/ \/ P6 L8 D% z% P' b* L

- e9 r* ~; E. r( X( i, l! n8 L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 h! K: h$ k9 U, [: H
. F$ e* S8 b: y
0 h8 N4 X* ^/ y& i4 w; X& A  \3 `

- N4 \1 a( e2 @, r0 t
/ q) V( u% P, Z1 @" D6 L城市菜园可解决占用耕地和新鲜果蔬问题，但需要电力5 L* }" \: x: M+ ^4 Z5 b+ R2 Z& r
( |' O) @6 x$ Q3 f% g
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。
# O4 Y# p+ D: k! {
( m( o9 H7 Z1 O  ]( p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。/ a5 G, i& o# `2 T4 O4 h9 a
4 J3 k- j8 o& E) p: |- G( q
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。
# Z  }! |' E/ a0 J: W6 a7 [; e2 X# c& `$ Y

: O0 S4 `1 ~5 s& V  x+ O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
3 V/ _/ I' k: [0 W6 K! D% v! v( ^% a3 R, b
" |% |, f* ]0 @9 j, m' t( ?
废弃的地下坑道适当加固、防漏后，也可以作为地下储水池
. e- V! Q# T- Z2 J8 c" Q7 R  p
) r, R1 i+ U' A1 I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。- f' p& ~0 W8 i2 h& M/ f

: l5 I. f$ v. y* _+ k. u' F8 i
4 F+ O) L! c% p+ b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 @. ~  a3 t3 g2 d2 g! x0 N5 x5 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。
, t& H4 Q: d( O" S' G* v7 B# M" T# U! V! G6 `: I2 u* R
此外，就需要一点歪门邪道了。; l- v- v) c* Z

' {, u" W6 o0 {) q0 T0 ~( l, l$ n  ^
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
/ h) m/ G  u* {. R# |+ f( D* |; e# D# D3 Y" m
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。
( }- z" P6 d. O5 l8 d& H9 @+ l; h$ w! M4 N; P5 J
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。6 N! V  M- q; W/ s" p
$ A* Z3 u5 _4 P2 W# s- J
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。% j- q5 y% y# L8 v
; O' L/ E& r0 {
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。: y+ m* @6 S5 t9 G) G0 e

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semtex
  • 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
    看客
    给力: 5
      发表于 2021-3-20 22:34
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    嘉洲
  • TA的每日心情
    奋斗
    2025-6-28 05:55

    • 签到天数: 1145 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

    给力: 5.0 涨姿势: 5.0
    helloworld
    给力: 5 涨姿势: 5
      发表于 2021-6-26 03:33
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    晨枫

    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: N9 _5 e) t8 n2 L- p) l1 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 ...
      R, `; I( J- n2 _! e
    氢能在制氢、储氢、运输等关键问题解决之前，无法成为主流。& q2 h' _6 `0 [, ^9 l
    % [( a. V: ^9 S
    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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    晨枫

    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
    - ~# t4 c, u0 W' s+ l1 v答案现成的， 电车。

    7 v( }" u, n& y: ]1 W6 `不行。电车正好是反循环的，充电是在发电低谷。
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    嘉洲
  • TA的每日心情
    奋斗
    2025-6-28 05:55

    • 签到天数: 1145 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 ) R! t6 ]5 Q! A1 W0 c
    晨枫 发表于 2021-3-20 10:15
    # ~3 ?7 j$ `. F1 c7 O氢能在制氢、储氢、运输等关键问题解决之前，无法成为主流。; J7 n* d$ V4 g; K1 f

    # I7 `( L8 c7 p" L' b9 R: @6 K/ V由于耕地和能量密度的关系，生物能也难以成 ...
    * K  n! U- B7 Y, j  k# e( F8 e9 n
    % B) a9 x( ]( n& k" D
    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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    semtex
  • 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, T( H8 W/ z- H( B' x; X
    不行。电车正好是反循环的，充电是在发电低谷。

    $ e2 X4 P/ L9 O5 L: Q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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    晨枫

    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 20:310 s9 E# k! N# b; }5 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 ...

    ' J% q  q$ b& P- {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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    晨枫

    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
      |5 h7 ~& T# o% F$ c; a不是， 其实车绝大多数情况都是静止不动的，都可以充电。
    : Z) E1 `5 Q  o2 ?$ ?6 |

    0 V8 o6 d7 d2 R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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    drknight
  • 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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    晨枫

    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
    # M5 x! o% J6 [2 `4 _* W( X7 }, L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 ...
    8 i8 i7 a8 h# y( V. s- ?

    3 h* ~6 p. x& S* V1 q1 `! t% ]0 b" 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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    semtex
  • 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+ V  r* U8 ?" z' v' y0 d
    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。 ...
    " ?  W. V. n) F
    7 h- ?; d% p: Z( 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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    常挨揍
  • TA的每日心情
    慵懒
    前天 19:02

    • 签到天数: 2133 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
    * R) `! e' |' d& e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。 ...

    . F6 J9 S+ f) u5 q" H0 e' M风光以后的废弃处理也是个糟心事
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    石工
  • 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
    3 {8 V1 Y  ?0 k8 L6 R& w
    / f8 M- {* X4 n; H$ v7 x/ i" n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。1 G6 }7 j6 R% @( g' V( C
    & S9 ?3 M6 D9 M* w1 z/ y
    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）
    8 g0 [7 B( G( H0 I2 Q3 i% e% `% B; s- l
    主要参数：
    % ]% o" Y8 q9 R3 N. }6 B# r供能指标：10兆瓦
    7 l7 H% z" {) k! U/ W- a秤砣 500吨，总重12000吨（24个）, e+ o. O0 ]) @) j$ n) e) u
    井深 800米
    $ V; P0 N5 U% A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
    & h( A7 j  N5 }/ Z/ g. m" S8 c/ ]使用年限：50年
    ! ~5 u' h0 n/ q) e' o
    % L! `+ ?6 z6 W! j* d我按瓦特的定义算了一下，g直接用了107 I4 P4 j' i% z
    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。* c* T. @! u' I
    % o4 v7 ?8 k' F1 K( s& \
    & B; ^8 h' d! c) ^; s0 I' O
    下面两篇报道的都是这个项目, ^1 K# Y! t# g' d7 M, ^

    8 [" J: i) Z8 i# E# ]) j; ~
    , [, i% Y+ f7 G' Y( Ohttps://www.theguardian.com/envi ... re-renewable-energy# Y' d" e2 P/ B6 t
    4 ~+ d$ n5 p( D' a
    https://createdigital.org.au/old ... ble-energy-storage/

    点评

    给力: 5.0 涨姿势: 5.0
    helloworld
    给力: 5 涨姿势: 5
      发表于 2021-6-26 03:36
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    赫然
  • 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。。。
    & k" i0 t& E  }" G* |% ?& x& s
    * ?- k( y1 K* s4 e' T  V刚刚上了一个项目：江苏金坛。1 z1 P8 e* J& j- k: `: I
    http://jsnews.jschina.com.cn/cz/a/202008/t20200819_2613646.shtml4 h, D" N' Y# s$ P9 m/ ~
    ' \3 c, f- ~: P5 `: ~- @" \: |! h: t# S
    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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    晨枫

    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
    * o8 f' p% }0 L0 Y风光以后的废弃处理也是个糟心事
    ' O: B2 c0 q& N; Q* V7 g) e
    比核电还是要容易得多
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    晨枫

    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& |! Q# P' Y" n
    压缩气体储能。。。
    8 M; X/ I* R* O& N# e$ R% G0 T& \: q4 W. A
    刚刚上了一个项目：江苏金坛。

    . Z( t/ L2 [; f! ~* Y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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    晨枫

    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
    ( u* H9 `! n8 ]( B4 j+ k
    石工 发表于 2021-3-20 06:34
    ( j; v" a' s! \8 E' s% W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。
    ! W7 L: e& @; U2 c, _8 q
    ! T' a7 I1 X3 t0 C" N+ f( A8 [中国北方采煤 ...
    + \# y, e2 P- z; o
      A7 {  q5 ]* }# d
    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 p8 \8 ^$ V/ ?* E- Y% M, V8 X/ k0 r6 u" `
    造起来了吗？
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    晨池
  • 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 % c+ |" w: I3 t1 N% ~" 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，

    + V" \4 r# Z: v% t2 `8 J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。  V* V: n6 t: Z2 V: g$ t
    感觉这是一个永动机式的好办法呀，只要搅合两下就行了。
    # Y% X! ?9 _5 K$ t' Y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

    晨池
    一直在潜水  发表于 2021-3-21 13:45
    常挨揍
    司炉好久不见( •͈ᴗ⁃͈)ᓂ- - -♡  发表于 2021-3-21 12:39
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    石工
  • 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
    3 Q" ~5 ^2 @( A* r- y
    晨枫 发表于 2021-3-20 21:56
    $ M# `' _+ f& A* d! z- ?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 ...

    7 S* z5 t* o% q& L. ]3 K1 [; P9 `" q
    https://gravitricity.com/projects/  W  s6 [4 N% D( M% E* i

    . ]% _+ r1 O! d7 Q) R: }5 ?1 E
    $ U9 }! p0 K0 l1 |; h1 f9 F( _! E) z, X. p6 |$ S5 j
    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。+ e( |  I, a$ p5 Y) r
    9 `, M2 B: M7 L" C
    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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