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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 O; |2 t# R
. V+ M7 `' F$ i# p) }( ?# q6 F  q- T# A

) u* P, {; }# _( h6 `
( T1 A9 v, t5 Z; g( J. c" A: Y
0 k# Y7 [: U# T- C$ R6 |5 P
: D7 _8 v) B3 k% b7 S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
. f2 E; H4 C1 f# I6 x/ W* Z1 G3 Q$ x4 x" T3 j
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。
2 q8 h0 @) B% f, o+ A
. ]! G( n& }/ h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。2 _1 h# M9 c. V+ p4 T+ F

8 x6 e. L: M; ^. ~5 o' S
/ x% ]9 ?" b% Y4 e3 Z8 V5 b
& Z6 o' S- Q" Q& V1 H9 L* T# n, p7 T6 W9 _
城市菜园可解决占用耕地和新鲜果蔬问题,但需要电力& v4 u1 S4 j( E

, w7 v) c1 d% 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。
4 @. H% P; K/ y
9 U2 [0 X$ ^) Y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。/ G7 B! T* [3 A2 a# o: ~: l+ k" s
& i. ?( B7 s( B- ~( 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。
" M/ b9 N+ n( b0 [* w8 E# H! A* G7 [! D6 l+ R
/ x! k9 A) E( a& X5 J1 o' M
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
* i' i6 ?. W( j. q
# b: |* b; _# k& \" ]; p9 e# V( Z, t3 r5 ?
废弃的地下坑道适当加固、防漏后,也可以作为地下储水池
3 s7 t- R4 s' Z7 a; R* k
, A& d8 [0 t1 D8 Y; [7 [$ T. G' b/ ~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 k2 y* u- p* N, P' p1 H) w+ |" x* s2 x" ]5 @

( o; u6 `) N4 I4 w4 W) H& [2 {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, G% A2 I3 L: X5 g

  Y: d1 X. z6 S5 `, i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。
6 N$ x8 P, F- k8 K
% {6 q" R8 p( M5 m8 B此外,就需要一点歪门邪道了。
6 F) f2 }. D# p5 ]; E% X0 P/ e5 ], }; A1 M8 f" ^7 w$ w

4 Q/ W8 I6 V% r  O8 Y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
1 W$ l( I8 d4 K" N, ~, r2 t( {. L
; B. j0 o1 \: T! b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。8 f6 r! H% ^$ i0 k& Z8 `  g& U
8 \( c/ o; c- k" F; @- A
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。
! b! ~1 _9 D6 S" e7 H! k+ Z: ~0 K- X+ `
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。
9 g8 ~/ Y8 X7 n  H2 |+ t# C: G# R( c' r0 L
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。
# x% d/ d) y- m! x  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
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      发表于 2021-3-20 22:34
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  • TA的每日心情
    慵懒
    14 小时前
  • 签到天数: 1191 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
    2 j6 [+ t: _# j  X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 ...
    & W' o' L, s7 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。1 S" K5 k. w8 K$ F' v1 U7 P' t
    ( i& _# G5 T. A  P- r; c
    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
    5 }6 p& F: w! j: v1 N答案现成的, 电车。
    8 t' Z) v4 H. b; q
    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
    14 小时前
  • 签到天数: 1191 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 * o$ T' a0 `  [" q1 ^
    晨枫 发表于 2021-3-20 10:15
    3 I" o( b' z  {  e; f# H, o3 m; v  k氢能在制氢、储氢、运输等关键问题解决之前,无法成为主流。+ g* k5 W' r: X$ d+ H$ G3 ^

    ) V5 O+ `2 F( l, ?5 F2 j" f由于耕地和能量密度的关系,生物能也难以成 ...
    1 y" u3 }- Y8 c( h
    . [8 D8 B; R7 Z) 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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  • 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: l0 t! m6 ~" \: Z& g' r& Y
    不行。电车正好是反循环的,充电是在发电低谷。
    ! J) B; o2 X4 V" y( D  d7 X
    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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    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
    5 E6 a' P4 `5 |; d7 g1 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 ...

    & C9 m1 K3 f# w1 N) X! M+ B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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    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
    : k; X: ?* p1 e) j1 e. c不是, 其实车绝大多数情况都是静止不动的,都可以充电。
    + Q- T3 s6 M- I& A2 Z
    " q: b+ S& S+ l# Z
    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
    8 u7 x6 o* X& l& v$ D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 r$ ]/ `- O! ^5 c% T

    ) S* F8 D" x9 L4 |% c5 T" x0 n! S6 k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' v2 q! T* _0 U' J1 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。 ...
    , Q8 o5 c/ {; x
    $ c3 i9 A1 q7 j/ 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
    4 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 11:543 `4 P  m3 E5 ^
    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! }  x% G7 S1 c5 _3 p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
    ' V1 {5 E$ U9 `6 c7 b
    3 j3 H" r! s( m6 _& S& Z; \2 P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。
    5 N6 u- Z, m$ i( J! ^8 i0 r- z3 O
    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 k/ \, U4 x6 V) ?

    3 i7 Q) u, m# V; ^1 d: _主要参数:
    * z( o/ o% @8 u: B4 m# [9 {8 m; O) f供能指标:10兆瓦
    / l3 |" Q4 r& K2 t7 U; K7 [秤砣 500吨,总重12000吨(24个), _/ i5 h+ r2 e& g$ j5 t6 @
    井深 800米8 l5 |' f9 o. y6 b
    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5 n4 ?1 _' U$ Z" |
    使用年限:50年! I5 ~' S+ @' A. f
    ' D1 t; A5 O! i5 Z  Z6 _
    我按瓦特的定义算了一下,g直接用了10
    . Q8 Q4 b, A, m0 j3 `* i; h12,000,000*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。+ u: A9 T1 r! p0 z; T* f% Q
    $ O/ _7 o( `4 z! v4 U- P
    1 @( F/ o, z; `- e4 @! P" b# `3 n& j
    下面两篇报道的都是这个项目
    2 I9 s& N% w4 s4 i
    ' g3 t. N/ M' l8 ^
    + q& {7 N7 D5 U  p$ B$ lhttps://www.theguardian.com/envi ... re-renewable-energy% `/ s& C8 N( N# y+ G1 z- f

    ) p# i' ^0 u; a, Uhttps://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
    16 小时前
  • 签到天数: 3347 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。。。1 I) ]" L' r1 I4 l' l9 q

    . o+ l4 z  Q0 S& s) p+ K刚刚上了一个项目:江苏金坛。
    $ Z8 x! x7 H  v  x" Z% xhttp://jsnews.jschina.com.cn/cz/a/202008/t20200819_2613646.shtml
    / i% ~3 X- y  A# m) @( E5 G
    * y5 g4 Y( c; D. ^. d* K* q1 y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 02:589 A% U* O3 v  P, a6 H0 L
    风光以后的废弃处理也是个糟心事

    9 ?* M. S+ g% k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
    ) w# W- P* d3 M% Y: m压缩气体储能。。。
    * \* ?6 k* [( V
    ( V2 y( C( M+ q, P# P. M% F刚刚上了一个项目:江苏金坛。

    0 u0 k. G3 E% ?. V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
    : U  t: b! D3 j5 _6 C
    石工 发表于 2021-3-20 06:34; ]; _& Q& _- K2 g, M
    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 Z1 J  C) E! S8 Q( F! j0 I  R
    . J, g* p/ \2 I0 w
    中国北方采煤 ...

    8 q" x; R" V8 j$ ~/ G
    - t  u; u9 q8 n2 \# A* [1 r! X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。6 G, @4 }/ m4 r4 e- t

    2 c' q1 p7 ]0 r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
    : @! @4 T" _& |) n* H- I9 N. F
    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,
    ( Z  O% l+ I! ]" e* g+ ]* A9 q' c$ k6 d
    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。
    7 @$ \+ N& A4 \* M, _. 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。% t& P: b7 c+ D
    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
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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 ; i$ F# n7 w7 ~% m7 d6 o
    晨枫 发表于 2021-3-20 21:56
    4 x6 u: |6 N, H8 J* z, w3 `& `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 ...

    5 P5 a6 B% b" v) x- D9 g/ o3 A
    9 r# R  l$ f, H- ~9 I1 A0 ehttps://gravitricity.com/projects/% M& y3 ~# `5 F) N
    / c" N" T% F. M6 j
    7 N- P2 R/ {) F% s
    . J0 z) G& v) ~( w/ {6 F
    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; j" L% Q' w1 c* ?5 {8 \4 \3 g) ]4 g! n- D
    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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