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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 C7 e" @2 w/ }( t) ?1 ^! S5 b  F& z: e' S

7 C& ~( U/ ~0 B3 U. k( T# p4 @+ Z0 n# Q4 D

. G; [; ]- g8 d& k7 d" V7 l, B' L$ u! T6 E, C" ^6 z
! {- R8 K2 t" j+ `  v: i7 {4 `/ 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& p2 H- y( {+ }. V( C2 }1 M
: @6 j% V5 r; {
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。
# l. B8 M$ C  `7 F/ u1 k' l+ @* X: y3 S6 w( G& v/ ?! D
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。
$ M7 M" R: M+ \- n3 z: E8 u6 R: q  N

6 S5 ]: t. x1 X; \1 N0 b* Q- Q
% I8 a: j7 B- k! [8 C! m4 k2 |
! l  J' ^8 L9 N; I; U: i: z城市菜园可解决占用耕地和新鲜果蔬问题,但需要电力
+ H# h$ l- }7 ]; e! E0 x
9 s2 O1 ~4 d/ ^# x  k, r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 l: D9 e  l/ l8 I: V4 n
$ s' M6 T/ p7 F) a7 x9 z
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。3 Z  }4 a5 N2 |
' F/ ]( `, ~' ?5 w) P2 [4 P+ 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。
1 @! Y2 w' j, v" \. j& L
. ~$ U& |; |( E4 _+ M% r) K; r% e4 |
4 e* s% I; l3 g: b# k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
# L! ~; _/ n1 U" Q0 g& w  }* h) m+ ?" d( H1 H
1 O: O9 H& x9 u' q! p
废弃的地下坑道适当加固、防漏后,也可以作为地下储水池% W, Z$ t6 h8 b% g" U* C
7 P' _( Z' X8 n& l
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。
3 g! l5 T) U/ H* C: g: e" U" p$ g7 s& M
$ u3 @) L: g, X( `* ^
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# C1 ]0 X2 ^3 S, N3 V6 Z+ d# Q# m9 ^' p, P
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。$ K& I% z: {" n1 D4 h; q8 C
9 N6 t. B5 [) U  R0 O, E8 j( G. n
此外,就需要一点歪门邪道了。
. c0 C: l: G2 U' y( l
2 X9 O! H. p, D+ t
* K/ K* K. n0 }, F, g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
% A# A5 i) L' {1 ]  `
& T, `8 f7 ]" e- q" s. H+ B% F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。1 {( s5 |6 }' o$ L

* O4 k1 M1 x4 j: M0 d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。
! q  ?# R! f' {! v' m
5 ~$ `. n  O5 T9 H: N9 _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。
  V' w  q: A  j7 U: \5 I5 h2 W4 q, O* Q
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。( U3 T5 `7 t8 y' |. l* V; G. d( ^

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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
    奋斗
    2025-6-28 05:55
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    [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
    : B* D7 [. y# h3 W- Y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 ...
    2 [( x# r+ ^5 _  K$ ]4 H6 f
    氢能在制氢、储氢、运输等关键问题解决之前,无法成为主流。
      Z- v, i/ D3 Y5 P( k$ m9 j) S  y0 ~3 a; |
    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! A+ E% N/ ~3 p0 \
    答案现成的, 电车。

    ) w4 x& q2 H' K4 M  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
    奋斗
    2025-6-28 05:55
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    [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 8 w1 d0 p* _! l6 ^  R/ Y" }7 h& M8 j
    晨枫 发表于 2021-3-20 10:15
      E' N/ B6 L1 v# P0 }氢能在制氢、储氢、运输等关键问题解决之前,无法成为主流。' r! T1 S% V( O
    & C8 J2 _5 s  T
    由于耕地和能量密度的关系,生物能也难以成 ...
    / c& R5 O- @3 c) A: C
    2 h7 ~4 ]4 v2 _" b- [: T6 {+ w- 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
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    [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
    8 w& F. w. B  r" Q& l) Y* m不行。电车正好是反循环的,充电是在发电低谷。

    " d$ c" }9 C; U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 g+ K) t3 N9 o
    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 ...

    : H& m- j$ S# K) K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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    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
    3 y5 t$ S. S. M5 u3 a7 p不是, 其实车绝大多数情况都是静止不动的,都可以充电。

    7 p8 |: y' v. R' \' w! Y/ s, A  @, Q# v6 a! s. }7 p1 C
    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/ J7 @, g! q. ^+ ^+ j
    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 o7 r# D2 A( F; G* F
      T& h/ w9 |4 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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  • TA的每日心情
    无聊
    2020-1-2 12:07
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    [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. G* O- Q1 ^) @! q* `0 K
    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。 ...
    . |4 [8 k5 L* G$ @
    8 z/ P% c9 E. _% O
    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
    4 天前
  • 签到天数: 2120 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
    ; Y7 Z- A. M/ j$ d/ }: J+ M( 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。 ...

    * w5 U3 Z8 n. w# t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
    7 {+ H& q% Y" S4 R5 D% p8 s. r3 N: ~. R4 J, r2 ~: 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。6 ^' r  k7 b: y# v7 o( j! ]

    : Q! O0 q. a3 Y1 h. t! d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)$ k  P7 t2 `  a4 a  q

    / S; I) r- }/ _0 v" Q+ S! E主要参数:
    : s* O  w, g% [  d供能指标:10兆瓦
    ' k8 ~  G5 e% p, Y, S& }/ q秤砣 500吨,总重12000吨(24个)
    7 W" e, D# D3 H$ O& K6 \2 e# T* v井深 800米
    * k$ ?" L1 i$ u" \- k8 G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
    2 ^4 \# ~0 b* l- \2 M使用年限:50年
    + ~+ ^- T/ s8 U* L% z  f* Y# x2 g
    8 T) q3 `6 Z$ s) V7 c我按瓦特的定义算了一下,g直接用了10
    # b9 b# X+ ?$ U. |; t6 T1 H+ |# i12,000,000*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。
    8 G- ]) M- d, }- x) F8 c4 H4 q8 e* J, V6 _4 q

    , p( K' A% k- S6 [& M( V下面两篇报道的都是这个项目% X2 q8 [: W; f% O7 ?' z) y
    * T' w5 m" |2 c* O  |9 a

    $ Y5 K+ ]% ~& b1 n) t4 Yhttps://www.theguardian.com/envi ... re-renewable-energy
    ! `% \& ?/ u7 G4 D  z  ]# V. L6 A8 C: l* ~) k) R
    https://createdigital.org.au/old ... ble-energy-storage/

    点评

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      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。。。( U- Q/ n1 V- W/ M9 L
    # f6 P/ T2 j& K7 B" s
    刚刚上了一个项目:江苏金坛。
    8 ^- a$ _5 \% G1 @0 R  zhttp://jsnews.jschina.com.cn/cz/a/202008/t20200819_2613646.shtml
    ) }' Q* g$ b, T2 @& Z/ K( M" D; f; ?' f/ [. z% q7 p% O& w
    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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    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
    + p' ]2 q& E6 u/ Q/ T7 T/ F% f% \" f风光以后的废弃处理也是个糟心事

    / ], j6 n& M0 D1 L6 X- m, e* S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
    ) {2 `* u3 V, a2 Y' w9 p压缩气体储能。。。
    % k5 D, \7 t7 I" G
    : P0 f5 |! S( H# A刚刚上了一个项目:江苏金坛。

    0 E1 b7 u  p5 I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 3 p# M; [2 {# j# z
    石工 发表于 2021-3-20 06:340 L& n6 e& n. j* o4 K6 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。
    2 e9 J0 V0 z4 I$ r% |
    ( T  W( H6 F. P7 H! b9 Q1 G中国北方采煤 ...

      l$ J/ [- ?4 o/ F
      l) t4 J8 X. Z6 T: ]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。
    1 }  `" ]" J4 @, [+ ^
    + {2 ~2 B+ y( k' }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
    : z  ^2 O1 C0 K: }; ^' F% g
    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,

    / d9 b7 X, d/ A2 d: G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。% E5 G3 t. Z0 E$ N" y2 ^
    感觉这是一个永动机式的好办法呀,只要搅合两下就行了。6 R4 c; l8 A: {0 d  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。

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    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
    + U* M: Q+ t2 G/ g  s$ ]) z
    晨枫 发表于 2021-3-20 21:565 p9 B% o8 A# g1 p+ ?+ 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 ...

    ' g9 [/ w8 I; z: Z. r) n
    4 T3 X& k! Z: chttps://gravitricity.com/projects/
    * r. G$ U. l& h" S) l
    " L  D& J) ]% T/ S0 i. }& o5 D" L" i% `# x0 Q

    # p& k& P& z! s9 t4 `5 t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。' t' D- H/ C; O& L! O5 ~
    9 L' |0 ?6 Q3 V4 B9 Q0 ~! I
    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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