新能源发展的瓶颈：储能

晨枫

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+ ^4 P5 O) V; o) e2 u# u  _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
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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。

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。
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城市菜园可解决占用耕地和新鲜果蔬问题，但需要电力
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- y3 [* N# @3 Y' K4 A7 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。

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。
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8 U& }8 H$ o' ~. x8 `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。

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- l7 c1 r" J( i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
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; z$ q3 f# H! @/ M' q, t0 ]" x废弃的地下坑道适当加固、防漏后，也可以作为地下储水池
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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。
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3 J9 u# B$ S3 R" T0 b- 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

5 H" W' g" ^9 @: y: z+ E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。

此外，就需要一点歪门邪道了。
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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

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。

; _2 m0 \- u' U& p( k- g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。
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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。
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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。

semtex

答案现成的， 电车。

嘉洲

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？

晨枫

嘉洲 发表于 2021-3-19 20:10
9 U/ N1 c* e5 q4 Y4 R7 r, R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 ...

* r. {8 S& c. {! [# _氢能在制氢、储氢、运输等关键问题解决之前，无法成为主流。
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由于耕地和能量密度的关系，生物能也难以成为主流。

晨枫

semtex 发表于 2021-3-19 19:48
答案现成的， 电车。

不行。电车正好是反循环的，充电是在发电低谷。

嘉洲

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晨枫 发表于 2021-3-20 10:15
氢能在制氢、储氢、运输等关键问题解决之前，无法成为主流。
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- R: y! v6 m, X9 q1 C. C- R由于耕地和能量密度的关系，生物能也难以成 ...

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1 L4 h3 a; [+ f* Z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…

semtex

晨枫 发表于 2021-3-20 10:16
% E' c  [# v, z# o7 X" Z7 O% G+ ^不行。电车正好是反循环的，充电是在发电低谷。

, b8 N) s/ s( L不是， 其实车绝大多数情况都是静止不动的，都可以充电。

晨枫

嘉洲 发表于 2021-3-19 20:31
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 ...

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。

晨枫

semtex 发表于 2021-3-19 20:32
: [7 C, {! P1 M4 O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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7 m, S) V/ ?* [" q1 g2 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。

drknight

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

晨枫

drknight 发表于 2021-3-19 21:45
8 ^7 i6 @: y' M" |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 ...

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。

semtex

晨枫 发表于 2021-3-20 11:04
1 x' S- P8 s' I1 z' m% T0 w0 {; p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。 ...

$ B  o2 ]7 o% U% H: V' \4 s: w! ^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）。

常挨揍

晨枫 发表于 2021-3-20 11:54
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。 ...

风光以后的废弃处理也是个糟心事

石工

4 [0 P6 @* V9 J+ d7 V' r, }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。
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) g5 m( P3 i* t) t: M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）

; `1 H% P8 A7 s) g2 L主要参数：
供能指标：10兆瓦
秤砣 500吨，总重12000吨（24个）
井深 800米
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
使用年限：50年

% U. s: \0 q) i3 j2 f) f9 l) H我按瓦特的定义算了一下，g直接用了10
12,000,000*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。
  d3 t0 d1 r3 P; m7 T8 B5 d
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下面两篇报道的都是这个项目
  O7 ]: I5 L# S& `4 I

https://www.theguardian.com/envi ... re-renewable-energy
1 k4 v8 W. r$ b
% v) b8 x6 h2 I  ]; A, Uhttps://createdigital.org.au/old ... ble-energy-storage/

赫然

压缩气体储能。。。

刚刚上了一个项目：江苏金坛。
http://jsnews.jschina.com.cn/cz/a/202008/t20200819_2613646.shtml
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美国九十年代搞过一个，后来放弃了。江苏这个还要观察。

晨枫

常挨揍 发表于 2021-3-20 02:58
风光以后的废弃处理也是个糟心事

比核电还是要容易得多

晨枫

赫然 发表于 2021-3-20 07:07
压缩气体储能。。。

! @- \/ j" G' j. ]" ]刚刚上了一个项目：江苏金坛。

  V# H1 \6 K) A* V0 }7 f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。

晨枫

石工 发表于 2021-3-20 06:34
% A4 l8 a/ c: [0 e  b! Q" v9 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。
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& W; j" H* o0 T9 E* ^中国北方采煤 ...

  q& H' y5 v, I! _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。

# }9 ?6 S3 |; x0 K: N$ Y% i造起来了吗？

晨池

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，

, K- ~" c' y1 B7 r6 n" `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。
感觉这是一个永动机式的好办法呀，只要搅合两下就行了。
( P# f: u; U/ E, e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。

石工

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晨枫 发表于 2021-3-20 21:56
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 ...

https://gravitricity.com/projects/
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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。

6 o, j9 Q6 w$ p  j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。