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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 1 A  z2 a, C4 e2 q9 H' C) p

/ z! R  c. H3 _' X" N7 l
+ l- F! g7 Z8 u+ m0 h1 n% m  m' c  r+ C

% X# ^* x, d9 l* ~- ?6 Q2 W( u  O# z8 F- |5 I* Y3 j0 ^* ~

- S: N, W. ?. 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
0 E; k. N  ?" M/ O* A" A( y
  E. I1 N% _: ^7 o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。. `1 c, O5 _5 [; Y
! @+ n9 B) ^* K) z) _! z* a& g8 f
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。
8 a8 R: s& n' y8 v2 G  U, W1 W* D! e. A" Q1 {1 U, P4 P' G

1 q9 S0 B' ?4 _" k4 [* O& s( x1 H' c; U  O  d
& a" a4 a/ x( U0 F. z4 o
城市菜园可解决占用耕地和新鲜果蔬问题,但需要电力( b8 }$ \2 ?2 y! Q, y
6 |% F( O' K" Y0 I  m
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。) O8 g: ]& |  H  Z. g' E+ z
7 d  F, a% ^6 d) ~; X, ~0 j
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 y6 F" d4 n) s, u' d. K. A5 C

0 ~1 ^9 h( T: w& F0 Z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。; z5 T% U7 H  q, g
' n( }# H, H0 m/ u) H  a9 {" J: n1 t; O

' [0 U, a) `7 J% S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& x$ @) ?+ i- F: H2 F1 q

) X9 m* D6 n, q* W2 j/ e+ |/ I
3 d  L  v8 ?& M% _废弃的地下坑道适当加固、防漏后,也可以作为地下储水池) i; c2 A! X7 J8 ?6 Y4 P; O# b

7 u9 a! h& {0 D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。- i* x* m9 Z) U1 g2 H  V& d

2 c3 `% o6 g  t# o  d8 T
! I( B8 x2 ]# e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! s( q' L$ l; `/ z5 ~" @3 L
9 j" _2 w! K! `5 ]2 K
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。- I7 A8 _0 c. g- k$ B
) F: i) J9 w- e6 G$ Z+ D& \, z: [
此外,就需要一点歪门邪道了。- K' ]8 ~% i% X: f
8 ]% l$ U& x' m2 V! d( J. j
; J6 q$ j2 y4 K: W) 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
+ F. l* o1 v& S: X; A( V' M  x/ v8 A, O1 x( F+ p
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。& T  i0 B0 ^8 h6 M' `7 i
8 S" Q; s4 b3 G
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 @4 x" F: a- r& d$ e5 @1 j, p8 A( R5 |  Z
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。
" M7 {* c2 q: \5 o  T4 `( U( v
/ _; v) k$ t% @  J/ I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。
% F1 w5 Y* J9 h1 I& _  o

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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

    给力: 5.0
    给力: 5
      发表于 2021-3-20 22:34
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  • TA的每日心情
    慵懒
    3 天前
  • 签到天数: 1167 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
    6 W. w8 O  F; O  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 ...
    - A" k+ \5 k7 Z1 @
    氢能在制氢、储氢、运输等关键问题解决之前,无法成为主流。
    & l* U% b$ Q; e+ h* f0 T+ E; P% p6 z
    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& {" P& F" f& t' D
    答案现成的, 电车。
    3 }8 V! p0 S; k, n( f
    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
    3 天前
  • 签到天数: 1167 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
    : x4 }1 e) r5 b' L, k
    晨枫 发表于 2021-3-20 10:15
    3 i$ f0 z* Z0 \+ |) l. K2 u2 r5 j氢能在制氢、储氢、运输等关键问题解决之前,无法成为主流。) l5 i) S( z) p: G# a

    7 e) r6 b! P9 j由于耕地和能量密度的关系,生物能也难以成 ...
    + `4 U9 D: F9 {3 e! ]. q1 C
    - d# {& h4 H& t" N5 m6 x
    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. e7 C+ J; f  G/ M0 J  D& ~* r
    不行。电车正好是反循环的,充电是在发电低谷。

    ' U+ L/ h. F5 M4 h! }0 w0 @! 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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    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 20:312 T8 h* p# d. N% R0 p& F7 s
    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 ...
    ( w/ d" ]1 Y$ E/ r
    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
    : e; e# @1 G* i+ E/ A$ I不是, 其实车绝大多数情况都是静止不动的,都可以充电。
    # f& H; b" w& B- g/ b& ?" Y  r! |# n
    ! {; S) h6 g- {2 H1 Q( Y, u2 \
    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 21:450 r! c  ~( J* B
    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 ...
    1 u1 {. N. L: e/ Y

    / R7 b) t+ v, ?8 g& R& W0 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 11:042 [8 x- }- P, 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。 ...
    / r+ ]1 J% \2 ^& N8 l) X$ v. k- ^
    ! \  B3 y4 N" v7 O3 C8 v2 D  i
    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
    昨天 20:51
  • 签到天数: 2214 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
    % z' s4 u4 m0 Y! S0 ~4 `5 C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。 ...
    * W) R, ~1 F/ x, J
    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 9 X. p" k. x8 `

    % Z% L. d7 C) ?- I$ u  q8 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。
    . g0 A  G/ }. n* j. T: e+ |4 g, D# a0 e. A4 B1 a+ F
    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)
    9 ^+ M" n0 R( h3 [/ e, _
    . w3 l' V: h) c主要参数:
    0 ^$ J; S* D: c  X$ \% [: U供能指标:10兆瓦
    # @- v6 N* F- K- O秤砣 500吨,总重12000吨(24个)- c0 m( @$ C# C$ Y  R1 N
    井深 800米
    8 ?# f& O. f' G0 |- c6 @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) W, F' T' H& [6 L1 z/ Q
    使用年限:50年5 A7 j( C, q: ]  ~0 G

    4 F' `/ ^2 p% T0 t我按瓦特的定义算了一下,g直接用了10
    " t, h) r3 ^* y3 {( Z, E12,000,000*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。
    : h% a! X# U' d8 X' K5 x) j5 G+ N9 m: K# v
    ( c) f, z) c  ]2 P9 s) P: T% o
    下面两篇报道的都是这个项目
    / |7 L1 Q% X& a0 X
    + F: m& _$ k6 ^, C# u; H, T' A& D/ n5 T$ k; d
    https://www.theguardian.com/envi ... re-renewable-energy3 K2 L: l# V; Y& A

    ! X, G$ s6 {3 ]0 N. Yhttps://createdigital.org.au/old ... ble-energy-storage/

    点评

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    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
    4 小时前
  • 签到天数: 3196 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。。。0 P3 D9 R0 W, p* u+ u' s3 l
    % j3 P7 l1 r( W: ~- B5 X5 w
    刚刚上了一个项目:江苏金坛。
    + e2 o! @0 e* e& L0 c, a0 Uhttp://jsnews.jschina.com.cn/cz/a/202008/t20200819_2613646.shtml
    6 |8 e7 g% J2 ^7 M! S0 I5 j6 c- C0 x: ?5 A2 B$ v3 o  Q
    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
    4 _! l0 x. Z% S  K风光以后的废弃处理也是个糟心事
    9 {2 g& c) J: V
    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
    7 S% G0 E3 B& b% W& [' ?9 {; S压缩气体储能。。。  b- v  b" I  x# s: ?  O

    3 F0 u1 \% q" ]1 L" `5 B刚刚上了一个项目:江苏金坛。

    $ G! n/ j1 `' S3 b( ^6 r1 o% ~4 Z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
    ! f1 ~. c9 ^  j& w
    石工 发表于 2021-3-20 06:34" p: b0 j8 J  b5 H
    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。
    / a" _% u! Z% H" m* A0 n8 v+ y9 b- o* b( v" J0 Z1 t7 V9 \1 K
    中国北方采煤 ...
    4 ?; \5 ~) Z) \

    , ^6 w1 f) J) `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。: P5 i: A9 T5 u2 _2 A
    3 q/ ?& a  ]) n4 k) x7 T
    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 5 @& k8 b  c" b
    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,
    ( J! o& T- {! Z- b
    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。
    2 Y" L3 G" w, H, E' \感觉这是一个永动机式的好办法呀,只要搅合两下就行了。
    3 F3 @& _. B: @& d. u+ p* B5 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
    回复 支持 反对

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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 7 _& s. U# u( d  P$ g
    晨枫 发表于 2021-3-20 21:56
    ! A) B/ I# P2 k% [. L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 ...

    - j% a' l+ U; a5 z2 \% ~9 d8 @
    ( I9 M) f* `% a  _  Z/ Qhttps://gravitricity.com/projects/
    ; `9 O  S5 ~! r4 Q6 [: R- i* s! _1 u$ I; H" Z8 O

    ! W( o3 G& q1 j! L6 E1 H! ^' {8 Y' a: |& P% G
    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。; E3 M9 k) Q/ Z) ]+ I1 J
    : f. ^. {: H" r% N; e1 U, w! T3 m
    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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