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爱吱声»广场 › 研究生院 › 科教学圃 › 新能源发展的瓶颈：储能
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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 4 q6 p3 c0 t4 _% s: P6 F

6 h9 m) M5 T3 |- ?1 L* L6 G- y" E& H! v, a# Z  _
! w3 e2 Q9 r$ v; {

3 m# q5 C$ F: C& z0 s) J4 I0 k6 `7 s( T! Y4 s

! `9 ^- B5 d) y5 k" m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6 B" a0 a3 E" J: N+ I6 j

1 z3 ]3 J. ?; b" m; I) u- g, }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。
! q+ [) ~5 V( x# S: V% ^* \
- A" l2 o1 N  \4 r9 q& i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。
  w2 k& I: S% ^4 J  r) I8 U0 w8 G9 l+ o$ v! F) r' I, U9 Q. g

  m' @5 C7 u' ~* D3 d1 B$ V  c" q
  y& K1 J% j9 G9 |. ~  b8 M
- }; L1 L  D  X7 Z; U( r8 |6 o) B! a城市菜园可解决占用耕地和新鲜果蔬问题，但需要电力5 f# r6 x% X1 B3 E8 K
) o1 e* @3 T# u( V  z& [/ I& [
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。
1 B( ?3 N4 l" A. j0 u1 I0 `8 Y9 U7 u' E3 b3 o' 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。
. m* k+ p$ }* @! d+ \' |2 O* K( a: \" Y3 D) \% K! J
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。
- i, c3 C. ]  C
  O; y5 i4 L- _1 ]' Z6 W8 i# w. Z  t2 a5 t) X
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& H4 R4 g# T9 b7 _1 k% I) Q

* O- ]- f" S5 U' a) G9 o7 l& P, |5 p3 f8 g% P1 B3 B9 R+ t+ u/ r5 n
废弃的地下坑道适当加固、防漏后，也可以作为地下储水池2 H; h- ]  C1 t& e
$ I0 p% {& L( F
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。
5 h* U  W* i/ A& m# `% A) y, S; I% c9 z  l
" h( h6 }& O1 ~3 m9 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
( e3 v. H- Y0 S: ]6 E
* f! u- c/ f2 g: t* S4 E5 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。
$ T1 W. C- [: {5 \/ @! U6 R
7 ~0 \% c6 L- S& G3 x5 {" J此外，就需要一点歪门邪道了。
. v- R+ ?- L9 k4 A! p; V" O
% z& [' C. Y2 ?- \! \; D! G* v9 I6 H1 {1 I; e% h* a
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
- P. _. V4 Q& v4 q2 Y. M: q0 }; t' {9 H8 k" e6 R& U) I
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 L8 x; V& m+ Y3 l" @3 D- Y
* m- c+ |: o0 H% g) {2 d& p
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。
. z. L+ A+ M2 W9 M/ o% Q6 @7 r7 ?: \1 F' f5 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。+ o0 t& a) \  ?" ]/ c+ B
* L# T) [* ^+ v8 M9 ]7 h
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。& Q! O7 e) v- o7 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
    慵懒
    3 天前

    • 签到天数: 1129 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 20:109 I! |4 G7 Y$ K# n
    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 ...
    ; j8 @" L4 a. z( w. [
    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. N- o; M) ~6 X# k7 o

    3 z( s& ^6 @( G# N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
    + S  [) O  ?* z5 m9 Z& _答案现成的， 电车。
    " g3 H0 |8 K  K: [/ P( T
    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
    慵懒
    3 天前

    • 签到天数: 1129 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
    , H! I2 N$ b8 V
    晨枫 发表于 2021-3-20 10:15) B( l# S9 F& F+ Z( y' 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。
    ; a# j+ c: [! m. \: x  D4 i. d$ G% _( p7 F/ Y3 y
    由于耕地和能量密度的关系，生物能也难以成 ...

    + V) g8 d% p6 _1 O5 g( M7 s; z, o1 O- s5 ?: }' q2 ?: t
    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* M# m( P: G* ^; n5 |: l  [2 v
    不行。电车正好是反循环的，充电是在发电低谷。

    / [( i! v% y2 a/ \" K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 20:31( n) _  e4 @2 k* d- C0 ]
    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 C6 U/ a3 P" A2 v9 d/ @
    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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    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
    , P. g6 K2 B( w不是， 其实车绝大多数情况都是静止不动的，都可以充电。

    # e( E& c, _0 h$ }* p
    ! M2 `) T9 d+ V* ~3 A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
    & B$ P9 k* O8 \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 ...

    $ O% h9 D& ~) F6 N
    5 l* q7 T# a) h3 W0 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。
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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 11:045 |; c' D. t7 h6 J" L/ j
    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。 ...
    # j7 l, c7 L1 l, o6 S
    $ C1 e6 }5 m& f7 n# B+ b  A3 Y
    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
    昨天 20:19

    • 签到天数: 2085 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
    3 [2 i6 w% `$ g1 R) 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。 ...

    ( ~$ Q6 P# J( \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
    # w- ?( n/ s2 l4 n0 u1 t) r& C* ?4 }  r4 V, i
    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。
    7 q5 B8 e' w+ x1 T7 w' h# P. ?- m; ]. U9 P
    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）
    5 P# n: D& B1 u8 a; K) G, ~$ j$ K+ R4 R; b: X8 P* Z8 n
    主要参数：
    8 }2 }% D  e4 H8 U供能指标：10兆瓦' l3 }; r6 l6 P
    秤砣 500吨，总重12000吨（24个）$ _8 m4 B4 L# ?/ N: {
    井深 800米
    8 M# B1 v  l" m/ 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& d/ V9 \9 Y1 [7 e. F1 f% F
    使用年限：50年/ l+ {- j# k% S! B; l
    " x* U  J. m& I, w# h0 V
    我按瓦特的定义算了一下，g直接用了10
    0 e9 _; J* u# e7 _" D; N5 Q5 Z$ O12,000,000*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。
      W/ m$ q& M" M& M% T
    0 K' g5 L$ y1 Z! w' J* n5 c
    # e6 b6 X! {) o. n9 f/ F6 e0 R% k下面两篇报道的都是这个项目7 p- {% L" @( L: i
    6 a6 w' Q) i( y& ]% d0 z1 L

    5 _# C2 X8 E* G6 i( }https://www.theguardian.com/envi ... re-renewable-energy9 l# M# v1 ]8 N' e$ w
    9 C" u5 Z# k: B5 N1 [, U4 b
    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
    10 小时前

    • 签到天数: 3163 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。。。
    4 w2 P& ?4 J1 E8 h% S9 w' X. I& z% H! F1 F
    刚刚上了一个项目：江苏金坛。/ I8 U# s# R) G4 \
    http://jsnews.jschina.com.cn/cz/a/202008/t20200819_2613646.shtml' @) v9 O' W  K% X2 V

    # [- A9 b9 U6 y# x9 q6 k+ q4 U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 02:585 Y; F2 d7 |6 ]+ q4 ^( f5 \
    风光以后的废弃处理也是个糟心事

    ; _5 o0 y- {! J: n/ G8 y! C; z9 o; P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 07:071 E; f) F! b: b0 f% v" r
    压缩气体储能。。。$ w7 m1 r0 a" r* W1 P5 F3 J  Q

    ) O+ Y$ w2 ], Z" P刚刚上了一个项目：江苏金坛。
    : d! u& E, v  X8 Q9 j: O  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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    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 2 L  R: K) t8 n# m* b) h
    石工 发表于 2021-3-20 06:34; _4 q: s3 a5 E' P* s5 K( b5 A8 B  L
    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。
    2 B7 N  J6 Q: v# e" j2 Z: X8 S( D2 z+ Z8 {7 P
    中国北方采煤 ...
    , @  h  s- L* V1 O# |2 Z6 K- g

      x: V' m: e- J8 P& C; g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 U) I# b" Z; F' V. |7 x. V5 M

    ) e# ]6 y* ?- Z$ C2 z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
    ' s8 C1 S7 |" P# I. 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，
    * s( T; z6 ^! E: {6 g2 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。6 X4 t4 f* m8 y
    感觉这是一个永动机式的好办法呀，只要搅合两下就行了。* w) c1 L% J1 c7 M
    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
    : f$ {% Y5 ^7 Q4 X8 Q
    晨枫 发表于 2021-3-20 21:56; T2 O' i# j. e; v* \. n8 _
    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 ...
    - W! Q" e' W: x% R" x) K. J

    $ D% t" o! r0 m% C4 b& p7 {https://gravitricity.com/projects/9 ?/ I7 b1 c; p+ ^! A; z: n2 k
    $ j5 V7 O4 L  R) S

    - C! c+ @4 p, k1 c
    0 Y+ f! \6 k% ^5 O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。
    ( g/ C) A6 `) @0 l6 G) Z9 Q, c% @0 P! H( _& ^$ G( 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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