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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
4 G0 w2 s# u9 }$ u+ S* O3 g# J7 Y
, s+ d% }3 Y0 m+ @; N/ u' R2 j; y6 Y/ o9 V' F7 R

- ^# i- S9 T: G& S" I7 h/ n* w) G. Q6 `- D
& f( q! @2 J9 s7 V

% D2 X6 @; y8 {& _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 a$ v. j8 T$ {9 V
0 u: l+ K: {9 R5 O5 L$ 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。
! \5 B5 M7 @) X* W+ j+ \- y. N; I  x
) \4 j; P+ }- h" m; C0 ?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。
3 T2 [8 L  w6 k( w
, ^- G1 ?# ]) R) @
) ~- G) L" f1 Q2 d0 u2 R& `6 L" e1 d& ]
$ B4 m  D; ~! ], P* F5 Q3 Q# @, I
城市菜园可解决占用耕地和新鲜果蔬问题,但需要电力
* H4 P" I, {  n& J  {* ^- r: w* {
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  d4 Y( x. l! q
" ~* E" Z! d% @3 P
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。/ F# i1 Q4 I1 k7 l2 B
1 d" q9 t# j2 B8 g
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。
% Y" t. E2 s) j  s  Y
! K3 }& E+ F* D6 q6 B9 A: V
4 S- l3 O* t$ ?. B5 A% 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
+ p7 q8 {8 u$ k9 F0 E+ m/ O
& b7 S: B; z- b5 V7 J1 s2 P" v
. ~1 A2 J+ L9 U) M7 k3 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! e$ B. I3 }+ l/ i# j! s; Y2 |
0 I. z6 B' j9 L" 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。8 \4 g) Q% S7 t+ O- w3 F% s$ s

% B' N/ F( A, S9 V) O3 g9 \8 K& l$ Y% Q
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
. x$ k& M! Y( B0 I+ n  F
" P' M1 p' V) Z+ h/ A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。7 c+ H$ U2 T8 u" S
4 Y/ u; J7 j  T" v! _: w+ f
此外,就需要一点歪门邪道了。% S7 S; Z$ x8 v/ p% ?

0 M& l- l: N# {2 }8 y. J; {$ ]! y: i1 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
$ \2 N5 k9 E2 F" X
( c% y6 Q; m0 J4 n$ j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。
- o& _/ G8 ~8 b
- D' n( Y) z( n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。: _. {' A! w; n& l& g3 b2 J  S
! Z  V% E3 J" Y" O2 c4 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。
1 f( ?8 F  V7 }
# Q( b# I- Q; w- 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。
) S3 e' m  w7 V9 H

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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
    17 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
    ! r6 M& B1 q/ K2 G% J2 I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 ...

    8 d1 m0 T, Q; @4 ^氢能在制氢、储氢、运输等关键问题解决之前,无法成为主流。
    6 t, Z) `6 ]# v" O
    4 K6 _' G3 G" E: R, E) t: M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
    ) `* U$ P; p; F4 r  L; O* ?答案现成的, 电车。
    5 o, v7 g6 \5 S4 ]
    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
    17 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
    1 L, u+ F, M* G2 o7 j1 H# q- Y$ p
    晨枫 发表于 2021-3-20 10:15! q1 s- @2 d; @0 D( T
    氢能在制氢、储氢、运输等关键问题解决之前,无法成为主流。
    7 }- f' P) Q9 M& j2 k8 C: N) C4 ?3 S: o9 n4 t3 e& N. U
    由于耕地和能量密度的关系,生物能也难以成 ...
    ; t% o0 v0 V1 l; `; h( f- X

    / v1 W: E1 b2 X& Q9 u' v- E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 10:161 q  ]+ _, a  D, f' @3 m
    不行。电车正好是反循环的,充电是在发电低谷。

    & U+ P$ ]5 J- }8 ^0 t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
    8 H$ r: x. |* _7 K4 X! c* V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 ...
    & \4 Q. t# Y1 U" D. }- X
    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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    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
      w  n! M: M& ^( ~/ f* Y不是, 其实车绝大多数情况都是静止不动的,都可以充电。

    2 s2 j9 z- r4 Z. H# S$ H% g- n8 f4 z' v% J+ X2 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。
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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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    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- G; O4 ~) V8 J, Z" m$ \% t) o
    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 ...

    7 @9 q' q* d. Y# E, s$ J
    / ?: A0 T- N6 H5 q* w+ i8 v5 h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
    ; D  ?- m; p5 x# _6 }% n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。 ...

    . c6 ~% f/ g, s# S& d
      y' L$ _$ e* K2 p; X! `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 11:54
    ( G$ a2 R! t" n! [* b; q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。 ...
    1 P+ a* a! r" B" P% U
    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
    - d3 r& O& o6 v! k1 _/ _0 x8 G) P  _" o& h4 [( q! \1 ^
    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。, w5 M  C2 {& K) h/ {
    - t( s  m5 Z7 c3 c* A1 p- x$ ]9 r
    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)
    % y4 S3 H% x3 e8 H1 V! A  G6 `
    ) f  v4 n1 Z6 U$ w) m& p# a主要参数:3 V3 A8 |% h. E6 K6 g
    供能指标:10兆瓦# y5 j! M% _; E+ y* s
    秤砣 500吨,总重12000吨(24个)
    ; @( g6 i) q1 ~) C1 w7 l6 b) c井深 800米9 H9 p: ?* v: p1 _: i+ U1 G5 m$ l" M- v7 Z
    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
    / U- K) {8 w( o$ Q/ Q$ n使用年限:50年! x1 h8 a: g$ o4 B, \  a( j1 U

    ! v+ v8 ^) J! r. C. J9 ]% \我按瓦特的定义算了一下,g直接用了10
    6 k9 d6 ^7 J) A, d2 i! e) s12,000,000*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。
    * F; t5 R2 Y" ~  [6 |* M% t4 F5 p5 y# R& h5 P7 R" h
    5 k+ S7 i! Z3 {! l
    下面两篇报道的都是这个项目5 s& r- n* z3 ?
    % y+ `4 g3 G$ Y1 r3 l
    & p0 R" D' `. Z) s, V  q# x, n
    https://www.theguardian.com/envi ... re-renewable-energy
    ; @- |2 H* F7 G, m9 f6 V( M8 k. v4 W; @% |4 l% f
    https://createdigital.org.au/old ... ble-energy-storage/

    点评

    给力: 5.0 涨姿势: 5.0
    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
    18 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。。。
    8 q0 V+ h# |' x" _& I: Q
    6 g; a, t- k) C/ c9 m刚刚上了一个项目:江苏金坛。
    . N6 Q8 N' ~7 t% {% ^) o5 whttp://jsnews.jschina.com.cn/cz/a/202008/t20200819_2613646.shtml
    6 W$ K6 k# s2 h3 j1 [2 M4 g8 Z, K' D' {; G/ j: ^: e0 p2 g  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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    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, T& K; r1 H( A# j; j7 v+ d# t
    风光以后的废弃处理也是个糟心事

    7 v  l) l! P0 c: y( U1 x% [, 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
    & s/ Z; H' o% l+ v, F压缩气体储能。。。
    # v5 c) V  k! ?& U( t4 p* ?, w" a* ~. b/ H% K5 ~9 T/ H/ z
    刚刚上了一个项目:江苏金坛。
    5 |$ r' r: K9 p4 H
    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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    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
    4 S, E$ y0 o2 S4 k
    石工 发表于 2021-3-20 06:346 j$ f* 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。/ u( n1 ^: J! p1 X+ ^7 r
    " o- \/ k6 P1 @3 p  U% {6 y
    中国北方采煤 ...
    # r6 {! r6 ~" \0 ?! u, ~# i
    , V3 c) s, f% Z& H# D4 ^
    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。5 _# M( K& g) k, A

    5 [* V8 r, a2 P& \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 , u7 P$ U5 A" P! z8 v  K* J
    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,
    % l, X' h# Q' m) _& d6 U6 U" 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。
    3 ]; P6 }. X( `+ C+ S6 C1 p  Q感觉这是一个永动机式的好办法呀,只要搅合两下就行了。. I# \! _1 S7 |( e* J, ^% F7 t. 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
    6 F& @. o, H, P( O- q' ]
    晨枫 发表于 2021-3-20 21:56+ ?" w6 \( \2 V4 r. ?8 q  b9 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 ...

    3 a- Z$ D$ y& Q  F6 x$ K" j( l* V0 s3 L% \+ ~9 B8 i# u% ]
    https://gravitricity.com/projects/% v& J+ B2 i8 k; ]

    * E! _% q: u$ g7 V
    7 z5 z  C3 v& X6 s, _* ~, A$ i, X# D' v" o* g( U
    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。- D( t0 ^1 }# f8 W

    4 z9 s2 X3 p% [4 O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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