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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
6 y6 o, h/ i+ U( W4 {  j% b* a$ e2 x* [( V3 k. C- S& ~! Q
  p" ?" a, s! [  X# O3 X

, e! g  w" c  x6 r
: x5 b# M8 T" K$ a% q. r6 J2 C* r( S: f5 R( o& s1 Z
# L( p. k8 n5 A
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% z, g- Y8 X' b4 [6 C0 v2 q$ {1 s
& d/ h7 s5 \( u* G: C
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。
" h8 O6 `2 S6 P& C% X6 @8 e
6 a9 R7 |9 J+ Y& k% Z8 c8 a' C& W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。( v! Y$ `2 Y$ W# Y# [+ m
' m5 k7 o) j5 k" H6 @9 T' b
" ~& ^! x  X) R0 f( `% a
" H5 M: t) c5 I6 [; A

' ]9 w9 b1 i2 c0 K, Z: Q6 m; _城市菜园可解决占用耕地和新鲜果蔬问题,但需要电力
. e; ^$ r3 s0 g0 R
. t, y4 v+ A* n1 E  D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。* [; n$ O  w$ L, D" i" ^% U
" a! f3 `3 P( h6 `- V
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。
: g" C5 s5 ?' ^/ g0 h1 Y$ F( W8 m' ~+ j" V( {2 o6 A4 u6 w1 B+ s
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。
2 z, H# j9 B9 f  F8 A; _! T5 P6 V, o8 k$ [, `/ h

( G$ i% h9 i+ D- Q8 H1 R' }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( K. @- @$ T( ]! K# \, @0 u

; L3 g: C, |% K3 [
: F$ y' ~  s! i2 R废弃的地下坑道适当加固、防漏后,也可以作为地下储水池
; s! [  D" w$ A$ b+ R
$ W( g9 b; X7 b: ]2 _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。
7 v. c2 [+ y# t2 u5 p$ M4 D9 [" Z% ?  y/ J% @

. x$ b6 E- k6 ^8 F+ c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 h0 ?7 [" r" Q1 n& o8 r! G( V  m3 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。
' [$ a" j  d0 a! T5 f0 j6 e! D3 K& I
此外,就需要一点歪门邪道了。
3 r0 e/ T  C  s* F% X0 m, s& W1 `! _7 f- q7 v3 z

5 n' ^  D$ s3 X: C! M( Q7 |. a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7 {) @! C  i$ X: H
0 {% y3 B& n6 z1 \2 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。& @* b$ Z9 V) U7 A2 {
$ M3 W" n% d+ B" ^6 v8 B6 ?- }
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。& w, D9 X4 S2 V% o; P% K
8 g" G- r* g0 ]2 B3 ^3 y
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。0 ]: F8 Y' A9 e1 ]- D* K5 m3 T

  E2 ?( [1 m1 C1 N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。
9 b% A) N+ J8 K0 p

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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
    前天 11:14
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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
    ) d- ~/ m: Y7 a0 [/ d% q" W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 ...
    ! Q$ ?' B& E6 {/ u# C" a. w! m
    氢能在制氢、储氢、运输等关键问题解决之前,无法成为主流。
    - V. U% u0 V4 d; K2 w
    - Z6 B: {4 i9 v: k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
    - Q  n7 m+ C) u答案现成的, 电车。

    ( {6 `2 f) G$ G6 A. n, o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
    前天 11:14
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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
    5 o" g, R$ q" J2 A! Y
    晨枫 发表于 2021-3-20 10:15% f$ ?! z: R8 {9 C0 a+ A/ |
    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% Y  M6 T0 P5 G$ l0 e

    4 o0 k1 J6 y8 _1 b" S) N由于耕地和能量密度的关系,生物能也难以成 ...
    " l2 D2 T' H3 P7 {: Q6 X1 ^

    . k% k, ]; v0 `  g1 y+ F9 ]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
    - J3 H" k5 g9 Q; t2 M0 }3 R不行。电车正好是反循环的,充电是在发电低谷。
    2 x9 Y8 N( Q, X8 l2 a% C& n& O, K
    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
    7 r! i' A. L: Q/ C$ }( K, I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 ...
    9 R9 t" i: h8 s" r6 {) i
    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# ?% w% X" x; y* L$ ?' Q% z
    不是, 其实车绝大多数情况都是静止不动的,都可以充电。

    6 a$ n# w0 Y" U+ I
    # }8 w* W$ z  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
    5 V6 L% X: W+ U4 \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 ...

    $ b. u+ u2 G1 L. ?& h" }  `' V' |& S1 _! F2 a) m
    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
    6 e( P3 \$ i, l3 r1 G8 h3 P8 X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。 ...

    * y; ?7 M; v% f" A) i* X: l; g" }8 t$ e
    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
    3 小时前
  • 签到天数: 2032 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
    $ u9 [5 b3 r$ `; [2 K) I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。 ...

    5 J9 b9 G# H5 s  A! e* |3 e* k6 Y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
    + x4 ?( |6 @' @7 V) x4 Z6 [! C& C$ C6 h) w& J; h3 C: a$ X6 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。
    ' f! s6 S( X; F8 \1 Q' G! [, Q. `
    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)3 G( C: N0 \: `0 ^- V

    8 w; y! A$ w. j* f, s' G2 |3 r主要参数:8 ]2 v2 w) V+ M7 }
    供能指标:10兆瓦
    + z* e2 D2 s* Q! J) k' }秤砣 500吨,总重12000吨(24个)
    ; o/ d2 {5 _6 F. o4 P5 P! @4 o7 E井深 800米: D: ^, n% l- j  `  g$ B0 m
    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
    & a7 O8 V# t9 J# c4 P7 F0 @使用年限:50年6 K  u1 C  H6 w8 I9 |0 n2 f. t  i; R

    + F7 q" h) }; ^% F我按瓦特的定义算了一下,g直接用了10
    ! ?6 k# \, y( S. r1 G% @4 A12,000,000*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。
    # k2 @( p, l4 {8 M- J! `# d: S7 r; I9 z

    3 R/ X/ [6 a$ ~下面两篇报道的都是这个项目( H5 S) y! G2 e0 {
    , P7 ^8 `) d3 P% r7 P& H
    / T' L7 d  W# P0 b* f- ?% y: \+ F
    https://www.theguardian.com/envi ... re-renewable-energy9 z' p" `9 N! N( c

    $ ?, a3 Z) {, F: s1 i- l5 l3 fhttps://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
    22 小时前
  • 签到天数: 3024 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。。。
    4 P% X7 b; m' [0 s2 d: n- T6 k* h, }, D+ `0 I2 o
    刚刚上了一个项目:江苏金坛。0 ?; f3 m9 S8 |& n; n; l% `3 d
    http://jsnews.jschina.com.cn/cz/a/202008/t20200819_2613646.shtml
    4 z! ]# A) J; m. r% C' }: c3 ?  K8 R. n
    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 02:587 V6 q1 \1 N/ H( D3 {
    风光以后的废弃处理也是个糟心事

    4 T5 o( g; G  K5 J7 e: [' Y) Y1 `+ o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 07:075 Z+ X% G' H4 {6 \
    压缩气体储能。。。
      R) e) Y. j. \; @! c2 Y' r
    2 x2 @* V4 \5 \3 }+ k刚刚上了一个项目:江苏金坛。

    0 _5 _* c! b- H* b; t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
      J/ d# ?3 ?! L) b, ?
    石工 发表于 2021-3-20 06:34
    9 |3 K: h. j3 R1 _) Y* I+ [; }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。
    & g; [( a$ ^3 s/ f0 o2 T" ~1 K& h' {4 S$ i5 f) L2 c# I; n2 @1 `
    中国北方采煤 ...

    & P% p% W/ W  C  C( T% P/ N$ s& a# B, I# O3 V5 Q& ?9 p
    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。
    , ~' r' b+ V. d$ q. P# ^9 D1 L( ]) b$ t) f3 _. }
    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
    : h- z* r# _* S- q. f: {4 y! L
    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,
    8 R' B1 E6 F2 a; f- R- a6 N$ K
    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。0 c0 M# o" ^. r5 @
    感觉这是一个永动机式的好办法呀,只要搅合两下就行了。) f1 v1 w! J  G: \7 B# 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。

    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
    5 H  K2 V& i7 z+ c$ r
    晨枫 发表于 2021-3-20 21:56
    + A  w. y3 X* h5 a, J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 ...
    ' l+ X9 Y8 m6 s6 B% z# T

    : Q9 d' N2 a9 e- D3 u$ G3 shttps://gravitricity.com/projects/9 u9 X4 }6 ?- w2 M+ t7 G3 A% v
    / {, u$ J7 t' V. E" `

    ; V6 a4 ]4 D5 V7 D: u
    & ~1 g/ D: t4 Y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。( s) u9 B  f2 Q1 k9 C) U
    ( d" `9 ~% N; k: ^& g& X1 T
    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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