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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
! p5 V( H# X) j2 ]
; C% G9 o) }( z) x6 r
/ P: y2 Y7 q4 f+ @
) S( [2 Y  B% D2 z; g
$ {  s2 {3 t$ Q2 y0 v% _: b# [% g0 z  l5 H$ |% O& o8 l

$ j9 N- W; b7 J1 A. f/ a: M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
2 \; c0 W' V. @9 Q, G* y, \& B$ d! t" w! x3 n+ d! ]$ v
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。
3 D# k% V. I. n; \, l: N+ y% w/ D- L/ j
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。+ j) L' T0 a2 F2 L

0 ]- v: t0 e1 ?$ s: S( u9 Z8 z" r( S* v& a, C3 `( r

$ \. S! ]8 H- i, v( c! Y! z& w
3 m+ f& J5 {- `& G3 f城市菜园可解决占用耕地和新鲜果蔬问题,但需要电力
2 F/ }' p; S1 D% ]% Z+ M) |/ q/ g$ _% W( T  b3 n1 d# X4 ~- X% E
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。
" L: b& V8 E; n9 M  ]( n1 y1 p2 O" r9 r( s
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。: x3 b: G* E2 a" p7 L/ V

4 |0 K3 Q) z8 u! T2 }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。
7 l" y* r  K8 E, F; f  W" ?+ H/ y2 {6 F& j+ F5 }- Q! {" O) _1 s# J
- ?/ n* |% H* h' E
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
# w. V3 s7 }( K* b% n' i0 H/ _4 \6 O( x9 I. X5 f! r/ g; ?- z# u
; b' \: c7 k" W0 d% _
废弃的地下坑道适当加固、防漏后,也可以作为地下储水池2 [/ w. h& R& c4 P; ~6 L
. ~, B- c4 s: p* G) ]% s: g! R
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。
* C: M* D5 ^* g# C; N/ i/ C! N
" Z( N4 y& Y, |6 d: C) ^, X& z  i4 z0 c6 f+ C4 Z" y" \
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
/ z$ {3 i. Y- l1 F
+ ?4 V# |$ g) O4 m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。+ z5 p8 H: G4 \& f+ l6 M& W
, w+ P  R* d: T# q7 |
此外,就需要一点歪门邪道了。
  R% i" e4 k% [- B+ h7 l, D( U8 p$ V& {0 x0 I$ q9 x2 t7 K# e0 o
/ m. c& \. v! s+ g3 G' K" H0 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
% r8 W  T1 a# L! f0 q
) ]: h; w  O& q: d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 C' B6 e; G. b6 L" ?; E% R5 I- `
2 j' K* _3 M6 Y8 i. m" n7 B; @5 \
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。
  H, I$ G2 H8 K2 a4 X% b
7 a3 C4 a, j: S* T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。
. R' S8 g0 q. j) m+ c6 c& I
3 [: z8 |' K4 q4 p6 h7 o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。
$ L1 `8 a* x% X+ S" V+ Y

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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
    奋斗
    2025-3-19 10:12
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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 20:10
    ; ~/ B, F' H( r4 Z$ ?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 ...
    / M& V+ b6 G8 O2 O! \2 Y$ ]
    氢能在制氢、储氢、运输等关键问题解决之前,无法成为主流。
    5 x5 |6 b, Z6 O0 l" B2 o" G% _& b0 s5 k1 Q7 N# v0 ^; U& Z
    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
    % z/ G1 T7 K" U8 t& ~0 }1 V& _; [答案现成的, 电车。

    8 B& `$ I" L9 Q2 }9 V' m+ o4 S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
    奋斗
    2025-3-19 10:12
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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 v3 H& ~  E& M' I) u
    晨枫 发表于 2021-3-20 10:15
    . |& D  j& ^7 g" ]6 u, z$ @氢能在制氢、储氢、运输等关键问题解决之前,无法成为主流。
      O% f* q+ e1 h0 Z& k4 ?
    5 f, w$ l  B* M/ M( ^由于耕地和能量密度的关系,生物能也难以成 ...

    ) J) f8 g  _) B0 V
    7 r( y) p+ h* V. J% 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! A4 N6 V) g& J4 N
    不行。电车正好是反循环的,充电是在发电低谷。

    ) z( p5 Q) k# i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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    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
    : y2 S# e; C& s. f; h- 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 ...

    # o  F/ L  U8 p) z7 U6 K" ~1 D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
    ) r! Q# W+ ~# p7 y8 x! I1 T: p不是, 其实车绝大多数情况都是静止不动的,都可以充电。

    8 P5 P& Q+ e! \  d% e
    ' W3 @% X. M& 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。
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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' e, ~( v/ N3 Q5 X! |# n8 Z
    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 ...
    + z# f$ j2 I8 F0 q4 W

      B5 u& ^, c( C0 v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
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    [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" X  N  y, |, `6 }0 v
    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。 ...
    * f# T+ f* R6 E) |/ t, _+ L( i1 \
    , J. Q' F$ d, x0 A$ ~& b
    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
    昨天 20:54
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    [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! U0 x: x' u; m$ e8 I% D* 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。 ...
    ' h; M. x$ N) `% v" A& i3 r0 }
    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 * v, C1 A4 l' ]- w) q

    8 e& r' I: |. j# _5 b$ a# ^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。
    ) [4 F' J/ M1 G% Q$ y$ @+ Q  E
    - H3 @" D; q& i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)
    * d  F. Z! V/ {2 X& o3 O, G/ ^* L# H* w& N+ x
    主要参数:+ t  d" X& C  Z2 k  h, V& z
    供能指标:10兆瓦
    # W& ]4 y- U3 j% @4 P秤砣 500吨,总重12000吨(24个)
    8 M, \2 \# r3 D# Z' R8 `" l井深 800米
      x- }7 H1 E# I0 @! a% c  P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
    ' D7 H/ m; U  m. \4 W- Z使用年限:50年
    $ n0 R  h* j* i- ^
    % ^& T% F$ q$ [! l/ J' {' B: ?我按瓦特的定义算了一下,g直接用了10
    4 v+ q5 m* K/ n- Z( v: E6 ^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。
    ; u! \9 }% z* T
    ! m; j3 S) p0 \% ]; v0 |+ d
    0 S2 u5 J; l# C下面两篇报道的都是这个项目9 Z% A6 A4 z5 u3 z2 f
    ; ~" R4 M7 a% }1 J7 z$ Q

    $ [' O. w/ o8 `5 k9 A0 b! yhttps://www.theguardian.com/envi ... re-renewable-energy
    , m8 s0 Q+ }6 H3 r" E' z
    $ h: I: G9 O# K: j( J4 R5 z! x2 C9 phttps://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
    16 小时前
  • 签到天数: 3150 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 H9 O/ }8 ?* y9 r( K2 o! u) M: J# Q: J* g8 K
    刚刚上了一个项目:江苏金坛。% F* n! Y6 z3 I3 z/ s
    http://jsnews.jschina.com.cn/cz/a/202008/t20200819_2613646.shtml
    ; o) H+ d" ]: A/ T: W% H/ J. G
    * }. W' ~( w( F# u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
    % q5 F2 `# n9 u风光以后的废弃处理也是个糟心事
    - Z3 l1 V" @# v: G- C
    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# H$ \7 M( z. k% d6 f) Q7 S1 w# y
    压缩气体储能。。。3 Q; ^- _3 i* K) U
    ; z. g, X* R9 p+ L' d4 s9 M7 ~! s" O
    刚刚上了一个项目:江苏金坛。
      q- y" L' A5 l/ x+ V/ P9 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
    ' G9 S$ J: H) w8 k& T
    石工 发表于 2021-3-20 06:34' K1 T1 f5 ^. t! q
    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。9 u' x4 {2 F+ r1 t

    ; j. @' o8 c/ L4 R3 b中国北方采煤 ...

    % H3 i/ b% n# D6 L$ e0 E9 s+ p
    ( p  g( ^* F8 X7 Z3 X/ S4 A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。
    : ^. Q6 z7 p. r: A; r
    8 Q0 x* A. A7 x' X: _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 * Z/ c' y$ T7 q1 }* K2 h
    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,

    5 E% F: \$ q6 i; T6 C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。
    ( O9 w- Y/ X2 [$ S) ~感觉这是一个永动机式的好办法呀,只要搅合两下就行了。
    ) M  ~+ W; m' j4 @3 J* x$ B# H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 / r; u, a0 y9 V3 ?
    晨枫 发表于 2021-3-20 21:56+ f' |: J8 t! n
    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 ...

    1 J  b, \, \5 g# d
    . R: r! R6 p& ?- f( f+ vhttps://gravitricity.com/projects/
    0 r6 H0 z& W2 e$ b$ v. M# c
    ' D. b9 o$ i6 ]2 D8 h- V' j; c0 {8 Q) ]- s" {8 w" y
    / k8 q/ r4 S! A2 t
    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。; a3 p/ N& ^1 ?/ ]/ @8 w% U

    ) p1 X; y/ B$ t5 G' [6 U1 I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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