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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 & d6 E( a8 W; o+ v: @
0 i/ a% k; v6 f5 e) }& K% f
4 U4 s% q9 T; j' p& w3 H6 t8 `; ~

4 W$ j4 P$ _" G0 ]
" n  t/ X) i2 l4 L4 {! |6 N9 F! }1 F# {
# A) ^' B9 T. Z( O  N
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2 H+ N$ j$ }7 S2 @( f& h: `

; A  ?5 r  ?9 V( u. B# t; P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。, j- w6 {  t) M) O  {

/ a0 [& ^, p2 M, R' e: M( Z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。1 f) u- v8 o! O, R' W! H

+ w6 A) I8 [# g
5 x* ], p* {) u# z5 h! ^8 Z1 ]& _' u1 V5 j

  ]# k$ l3 n# H7 y( D城市菜园可解决占用耕地和新鲜果蔬问题,但需要电力
& I( ^0 n) r! R0 K9 T0 v: c  P! _* N, x
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。/ A* x1 r+ v+ H! V, T
+ {: J8 m1 m$ q& f
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。
+ X& X. c* q0 V& p
2 q, a$ y  I' L1 D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。
) ~, m& t( Q5 _* \: I7 s! ^9 l6 ]- `# }, A
3 m8 f$ e( a9 G5 d9 d
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. F% E3 x% w' i/ w  j1 N+ t

% u  M$ O5 w6 m; Z& W9 o" T& `" U. o( J7 L8 v
废弃的地下坑道适当加固、防漏后,也可以作为地下储水池/ r# @+ O2 G7 [- i3 l" `1 R

" p# ?" Z) b% S8 @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。4 }/ C# j: k- o0 W) e7 U6 z; C

9 l1 F( l; a  z% d3 R- ^: v9 q. \- K& r) ?: 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
- l0 h% O- [8 A/ u% _) z3 y
6 E6 O, W! q' g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。& O; U% I* D: t2 O, L, u
& j2 @7 z. m$ o
此外,就需要一点歪门邪道了。- j  Y+ U* H% s4 ?) e

8 B8 W- S9 f2 @3 g
" I6 h5 y" S& O3 h2 ~3 l- w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
! ~" j& f: w' s' J! W% S: Y+ g4 z& O0 V) o0 G/ R
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。7 m3 ^5 S* V5 P9 T0 \, o% \

7 y9 \5 m# c: @' k( 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。
& f* t, E1 Q$ k. v! R$ _  A% ?: @2 f
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。
& s  X4 S$ S% `2 w
# }8 t+ }8 P% z/ v! v9 x; X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。) l4 X9 M( x% h0 J

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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
    慵懒
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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?

    点评

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      发表于 2021-6-26 03:33
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    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
    ' k! a4 Q' {1 R9 F( q  C: B9 z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 ...
    - S4 J: V+ X0 i: p. T/ 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。# I2 _* y! n5 G0 _3 P2 K' L

    ) B! t" L: H( t2 k7 R8 f/ ]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
    " f4 \8 |9 n& u8 a答案现成的, 电车。
    ' I, K# v1 I! }5 V! Z
    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
    昨天 03:12
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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 ) U* h5 A' v* R0 Y$ f
    晨枫 发表于 2021-3-20 10:15
    3 C" o% L4 [: o$ s- A) h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" h. c! n' \  S4 f- L. _7 F0 D# t
    由于耕地和能量密度的关系,生物能也难以成 ...

    / {- v7 L: |  z" I- y6 }7 |$ B* Y2 f* S3 _1 P
    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 10:168 @/ w2 E( S8 f1 I
    不行。电车正好是反循环的,充电是在发电低谷。

    + e1 X" _. C3 T* E3 K& N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 20:31
    # v  ~, `2 T( ~; h) A- @9 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 ...
    2 f4 a) w/ i% W- ?6 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。
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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$ l5 J: p* ?! Q& o9 i8 A- P
    不是, 其实车绝大多数情况都是静止不动的,都可以充电。
    , C3 M5 [8 x0 [$ B$ A

    5 `, V: Y1 X' J0 C2 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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  • 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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    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
    # g) @! l4 C6 F: ]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 ...
    / L4 W# i$ H7 J- t
    6 G' Y7 W  {; f+ X% ?
    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* x( k. {5 u/ x3 M+ t3 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。 ...
    6 \$ E! b  V" \2 `  T
    - F1 O# ~' i5 X4 o$ }1 B/ H- 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
    5 天前
  • 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 11:54
      U( e& E9 g6 F$ y1 x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。 ...
    # b) x. P, ]2 _" C2 k" G0 Z
    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 , x# z% e* u& I6 F3 C
    . V1 z3 \  p8 X, T
    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。
    ' h& _( ]! j7 ~, t; [+ o8 T# z) q1 I# H0 V8 j
    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)
    0 X* L. L% }8 u$ H1 F/ b' T9 k+ [+ ~6 [1 G
    主要参数:
    2 H% t9 k7 T/ {  P供能指标:10兆瓦7 M9 K3 Y2 Q* x/ B  {* n" {
    秤砣 500吨,总重12000吨(24个)& F) I0 ?7 R  E9 W+ g
    井深 800米, j! ?$ E8 {! ~+ l
    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 S2 v/ o1 v( Q, P: v
    使用年限:50年  ^1 m% m1 w5 |/ E* f( W) Q
    ( u) G) e8 a7 [$ _" J
    我按瓦特的定义算了一下,g直接用了10
    : k/ Q1 n8 k8 x( t1 R* d12,000,000*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。$ R3 _& D6 w  p% C5 U

    & i( a* h" z, m+ ]0 }
      Y( R' A! P" P( E- E; U% T7 `, R, ~下面两篇报道的都是这个项目
    ' I5 R  a; f$ o$ I! G$ c8 i7 Q
    6 `9 T; B, B) Y; Y, n7 v/ l
      q& O$ ?! J2 W8 Ahttps://www.theguardian.com/envi ... re-renewable-energy
    + A5 p& a, C1 F) T2 x- v
    3 Y. V$ a6 l. h* A7 b$ L; }$ Uhttps://createdigital.org.au/old ... ble-energy-storage/

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      发表于 2021-6-26 03:36
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  • TA的每日心情
    擦汗
    2 小时前
  • 签到天数: 3348 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。。。, w+ K% [& ?4 z4 w
    . H" L7 `  l. `: S) }: w' r
    刚刚上了一个项目:江苏金坛。
    0 Q9 D3 m3 n1 `) G" |8 Rhttp://jsnews.jschina.com.cn/cz/a/202008/t20200819_2613646.shtml
      q! w6 r' D7 C; F6 U: y; E. q9 B' v6 C. L
    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
    . L  P& I: m; p( |' O2 {风光以后的废弃处理也是个糟心事

    ' w; j$ b' w# O: H% k9 p5 r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  G% v5 O3 n' S5 K$ v# [- p5 B
    压缩气体储能。。。
    ( b, ]$ [5 D$ Q  h
    2 u( d0 h6 i1 _2 e% \9 c刚刚上了一个项目:江苏金坛。

    * V& T% D% _. H/ d+ \- Q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 0 W- j* x. n" {2 S
    石工 发表于 2021-3-20 06:34, R8 j. R, ]% B  A" F. y: ^
    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。
    0 t' I+ L6 M. k) ]' {  U6 v( |7 D. u* C/ H8 B9 J4 @
    中国北方采煤 ...

    2 f' W' X0 y( A7 x) A8 x2 _
    7 Q1 N4 G5 w6 }# g- 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,而是无限个了,只要井底能及时移开和放得下。
    / N6 e( e. w7 @7 ?& V
    ! [4 n2 Y! W' F# _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 / g+ C2 _* y% d  @$ E/ D( O
    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,
    - B: {% e, v7 h
    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 p% {7 w% P. T7 s" X6 c感觉这是一个永动机式的好办法呀,只要搅合两下就行了。
    $ }( f& X* S6 U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 2 h: X7 q& I$ U7 g
    晨枫 发表于 2021-3-20 21:56
    1 @; ?# n8 k8 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 ...
    * [  E/ K) u2 e8 L- `

    / G" v/ L# [! s0 A+ Khttps://gravitricity.com/projects/
    9 C1 A( F$ y2 Z% x8 b; o9 O. [6 j9 V3 r# Q9 P7 j2 Z- k% I

    7 G2 J2 ~- Q0 T$ J) n5 M
    9 V" A4 w) g4 C" N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。+ h- S4 K8 |, M$ i- _" }* Y  A

    - F6 ~0 q& ?0 F) x% j( W( m3 n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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