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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
' T9 Y* a) e. n% g& G4 y# S# g3 t; P" I8 ?2 e/ \3 H
) M0 `; y9 t5 g/ ?% C2 q

+ g8 [- E! c7 Z0 T1 B$ ^' Y# y7 a& ?+ z: Y# W

3 T# @+ H9 F3 {/ d, j* B5 P1 b, i& Q/ Y
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
$ o% _3 U' O" }% Z  x
# _  j) @# d5 m& c& f6 _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。
. N4 q: v6 e1 d3 [
- A0 h; N" q$ k& d9 B2 H  Q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。
" \" B2 E" ^( ~. I/ {0 \2 t) }9 H/ _! M; E

0 w4 B/ C$ z& I+ i$ p- P0 q0 r/ V- s/ O
" @! y8 \, I2 r' h# p6 B
城市菜园可解决占用耕地和新鲜果蔬问题,但需要电力
7 K: q; }  e' y7 D8 ~9 L2 [4 A7 {; l5 @3 Y, V
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 A6 \. N0 I+ _# b: x  x( K. K# ], _' c- F* ~- O1 \& @0 R
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。% k2 h$ p% J) P- w# |

- @7 _8 z! v8 K% k8 ^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。0 X7 R7 p0 @/ O: n1 w! m+ d% }# T; L

8 {- i0 F: J' z. A% p0 k" q
4 }9 n9 A- R; j; n  H' ^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
- z5 O- j* t! t' G/ @
# O  I) U( s$ C3 R* I- E9 C+ a+ E
废弃的地下坑道适当加固、防漏后,也可以作为地下储水池
; n: V" D  g% J! W
; i2 z) ]+ _6 `% C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。
$ u' y/ o& T3 e1 W# M0 y
6 N4 a' p+ W  }" g: r! M
8 U$ m& R* [5 P& ~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+ T3 K9 R9 s: M, g4 |; Y
5 h) L2 l+ q, l$ c$ q/ K
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 t% s& n  {5 Z9 x; R

* i& c; K- S; c, O/ g1 E此外,就需要一点歪门邪道了。
/ t: b8 h- W, r% Y( v
, v' \  U8 F* B" V" H/ n8 ^& \3 x9 z$ I9 |4 T9 M5 j: [$ n& B: B: m
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& R9 u) o. r( v- L' h% @8 G" A
! G( m$ @3 Z4 m$ f! 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。* F* x5 Z& L) v8 A, \) v

9 `4 t- t' R. t8 U. 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。' E0 }' J* ]* C. b! F4 T  N* }: o
. m5 N( y( B$ H. D* D! E& {
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 O( m0 Z  P. ?$ \( s0 |8 f1 [# c
4 }7 M& O6 c7 i9 F! n+ p
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。
+ k$ t/ y6 z; L% _5 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。

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      发表于 2021-3-20 22:34
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  • TA的每日心情
    慵懒
    昨天 00:35
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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 20:105 R( E3 R* T( N4 r6 M8 q2 m2 m) M4 M
    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 ...

    . q4 b, v; s" U/ d氢能在制氢、储氢、运输等关键问题解决之前,无法成为主流。
    ' J  @) H8 S$ C
    3 t8 I% D* @- J3 X% L, `# J8 ^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 B+ y% m% y, I6 P答案现成的, 电车。
    9 \8 G: |. z3 \5 O/ r6 w; }
    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 00:35
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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 . }+ G/ q( U! V7 n. X
    晨枫 发表于 2021-3-20 10:15
    8 U( w2 K/ W6 L7 ^氢能在制氢、储氢、运输等关键问题解决之前,无法成为主流。0 z' f! M7 ^  |' ^" ~, Z  V

    0 c1 @; {. A* t- a' s& w由于耕地和能量密度的关系,生物能也难以成 ...
    3 ^4 T8 X4 m; p% ^3 T
    7 G7 k4 V, P& `! B; x0 J
    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 10:16
    ' b$ H/ _# W2 j! |2 Y; H( V不行。电车正好是反循环的,充电是在发电低谷。

    - D- G  u3 n; ?( Z9 S* `' M7 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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    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
    9 b* R# ~  H& c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 ...
    $ S7 ^/ I; n; F* \
    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  m+ h2 a* b; n+ r
    不是, 其实车绝大多数情况都是静止不动的,都可以充电。

    ( h- Q! M( ?; s6 y3 W- u8 l8 [. _  H8 u8 K, u) t/ I: g  q
    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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    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; q2 z7 K" P1 K  g
    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 ...
    ) [, `+ j0 l! z% ^

    ' m; H2 b- N" F4 ~. 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
    / H0 f& {! m  A! Y( B% J1 C1 g+ B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。 ...

    9 I/ t+ W4 m/ ^$ o$ g
    , Z% G' G: Q3 r4 z" o8 H  _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 天前
  • 签到天数: 2023 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
    : @6 \5 T; X4 z' s4 T9 O$ x7 l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 t; S- j8 z, 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
    4 T$ S; x2 P4 j5 F3 c$ G$ r8 ^' e+ x; @  j0 r  X+ @
    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。
    # t/ C9 q- S' S' T5 |8 H! _: x) }  \$ S
    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)" L# ^( v2 r/ U  r0 \, n

    ; h3 ~( z6 L% V+ b主要参数:) p: ^6 B! O. s/ k+ g
    供能指标:10兆瓦1 q7 B# j& R9 h% E9 V
    秤砣 500吨,总重12000吨(24个)
    : n( m9 d7 u2 _6 C5 h- P+ d- @, ~) m井深 800米3 }2 d4 t5 f  X' R) 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
    - z. r: a( z. [8 r使用年限:50年) X- I! X7 O/ A8 t

    ) {4 |% m4 F, w/ N! I! m我按瓦特的定义算了一下,g直接用了10
    7 q# r! n1 z- o5 {0 r+ ?0 g5 @& ?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。
    1 E& x  T9 i, K  ?2 z
    9 Y& ~8 ?) Y. u, p9 y
    - J4 k9 H% m, c  D下面两篇报道的都是这个项目+ q; |  k: {% @5 U2 I% U  G
    8 M/ N1 p1 y4 @% ~  w8 J/ w  s% {
    6 c+ C  J' N. Y% e6 w2 b9 D
    https://www.theguardian.com/envi ... re-renewable-energy& t+ P) T9 {5 Q7 ]& k+ f0 a8 O

    4 X, f; F6 @/ L- ihttps://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
    5 天前
  • 签到天数: 3003 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。。。, F0 n- W- ?6 d$ j

    5 m/ g" p# R' L% D刚刚上了一个项目:江苏金坛。1 K% h# `6 L, B
    http://jsnews.jschina.com.cn/cz/a/202008/t20200819_2613646.shtml
    ( B& w. r- N2 S) P
      g  ]) e1 h8 r# R% p% g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
    ) j! `) l* E0 L8 b* o风光以后的废弃处理也是个糟心事
    5 F+ a% n6 ]% i$ @9 Y
    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
    * z1 A2 z$ z' q# E9 n2 M" L压缩气体储能。。。
    6 f, X& z9 v/ a! U+ K2 d, F( `. r4 o! `+ R/ m9 i
    刚刚上了一个项目:江苏金坛。

    , F" Y/ Q5 [! H4 v6 F9 V" E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
    - `8 z% B( g. j8 j
    石工 发表于 2021-3-20 06:340 z! P# e, D8 i* N6 ]( P! t! g! H
    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。; ?) K8 D' o0 ~& w
    $ W' }+ R  T; D
    中国北方采煤 ...
    9 C6 B) i9 b! |: M. g" Q
    7 V$ ^* M7 H. F9 y4 e! A2 d
    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 r( K  w* x5 l* M! R$ B1 z

    6 G( e$ |) l8 y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 9 X3 H  T5 i  Q
    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,
    1 l4 ?/ y5 q- j
    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。
    - \1 M2 c6 |5 S$ w感觉这是一个永动机式的好办法呀,只要搅合两下就行了。
    3 E9 |' X! X2 s2 M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。

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    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 1 a4 l0 Z  ?# R/ D8 _
    晨枫 发表于 2021-3-20 21:56
    % b/ h: B9 S: P* `, Q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 ...

    ; D; s7 O( r1 a5 }# b, _
    , i2 e' \7 v0 C3 p- A; u+ dhttps://gravitricity.com/projects/
    # C& |. r' P) q* Y% l6 w2 K: z8 e2 {3 Z; I& t

    ; U5 n7 W6 [0 o+ }* C
    * D+ a/ ~5 r" t  |5 q( ?3 }0 V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。
    0 t! \8 a8 {; ?! A$ b2 ?; O% F& i1 S9 r& Q; v
    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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