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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 v- P, S! Z: H6 E1 a9 P
3 o+ q! k7 a- R; g& l' T
: C/ h% F7 u9 b+ F
7 N2 W6 F7 r- ~, u* r* t3 y7 |. T6 x/ I- z6 s" E6 T- E4 N3 |0 s* H

" H$ E7 J5 v2 V9 L* c) B4 L2 E3 t* r
/ J0 l( j/ S2 u# L& n/ V4 t- N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
8 X" E1 n% Y8 h  k, t0 J" U0 r( E/ d6 B7 `
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。
2 P9 r* o7 N& h4 C
6 E0 J; C4 V' e5 O) u+ m5 {7 C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。
. @' o/ L9 L4 h8 N% E* E( K% F5 G; x) G8 |5 i" x6 D, e$ p) I

' P& q8 }- y7 Y, m4 V6 C
$ ^0 J, n; G8 k/ P: H& E: v- Q
/ r" @8 r3 Q* J1 }7 G; S城市菜园可解决占用耕地和新鲜果蔬问题,但需要电力" y$ H8 a6 ?# x
/ A4 i9 @4 w1 E7 `" y" k
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。
6 h* S+ O8 Q* J/ ^( V! e6 H7 A9 L& V- J+ J! Q0 d% z
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。' W) E0 I% S7 D: [" }. N8 b# R

- N5 j) m! c  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。* T% M5 x  B. Q3 m. Z7 P' M
+ M6 b# I- w7 G; x3 y$ J3 l) t$ r3 c
1 L2 B% T7 G# C6 p/ x
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
1 a! H. E9 P/ g, D. P$ N- H; W. n3 P/ H8 k! Z* w. a6 p

0 A" l! p7 g) w' \" ]废弃的地下坑道适当加固、防漏后,也可以作为地下储水池5 {8 F" Y/ c+ A6 B- s
; d# P9 M/ N# a9 @
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 M+ L1 |% v: X: B7 o
: X- G' ]+ S) L( J

* L2 N2 E1 N4 M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
8 l/ }+ D" H) j$ x8 T9 f& E) [6 C; s$ f$ }5 m1 q9 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。
1 |$ f5 e9 D5 Y1 z2 a. u" y+ i+ ^( r, r" N- T  m: B: }7 i2 s% \
此外,就需要一点歪门邪道了。+ r* E, h+ q! Q  ?

7 E1 ?% f$ W' \6 V5 X9 T6 c* c6 H
8 t6 N1 |" d7 h+ 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
2 d" O+ u, I& A: \
. [: F6 o6 F5 L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。
  A5 R7 C- p: v% T* K0 d! O+ i6 ~: ?6 `
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。
; J$ ~( x; o4 W& W8 @8 }$ F* E# v# `
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。
/ [$ S, Z# T/ v  ]
" \* S" @1 b+ c- T2 S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。) A9 M/ ~6 k: Z% r& t

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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
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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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    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" K2 e) d9 K4 j
    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 ...
    " ^9 L) x* o% D. a1 X
    氢能在制氢、储氢、运输等关键问题解决之前,无法成为主流。
    * w/ M6 s4 ^% n* ?( _  y9 y/ I0 \$ \( z( a
    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
    / x; [: B/ ~5 p7 G9 U/ N3 T答案现成的, 电车。
    . y7 s# r& Q) _% x! q
    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
    8 \" u( p' S4 a  S% v8 U  J/ z
    晨枫 发表于 2021-3-20 10:15
    ) q, |2 m# F0 B. J6 ~' r氢能在制氢、储氢、运输等关键问题解决之前,无法成为主流。1 ]- M* j; D* Y% I# Q; G5 L

    - f3 G1 }% I: e- f; N& Y由于耕地和能量密度的关系,生物能也难以成 ...

    , ~+ q" q* C- g( u9 A$ y
    5 D- W. z) y' L" \6 A) U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
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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
    % H' t$ W# S& p! k$ d不行。电车正好是反循环的,充电是在发电低谷。

    0 J2 S+ x% Y, y( O# l- ~- `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 20:313 Y- D3 v" D, ^# K1 @
    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 ...
    0 K9 U% u* F% R6 w0 u( o
    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。
    回复 支持 0 反对 1

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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
    % _5 G: l7 E5 j* T7 g不是, 其实车绝大多数情况都是静止不动的,都可以充电。

    8 e8 z9 q+ P7 h0 N/ S- X6 s% b
    $ c- e! Z/ Z  l$ `% 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$ M# Q' G# v1 _5 J0 `
    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 ...

    0 Q, f* v7 m1 l- u3 B; a/ b- [* B, ~2 K
    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 11:048 ?5 r7 t- W! f+ L' u
    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。 ...

    ' R/ c0 [& D% Z$ _
    * p3 C& _8 }+ Y" N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
    & P9 a5 Q- _. k5 O9 o& S: |; b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。 ...

    . X0 c% P% z8 K5 m3 W5 I% m* O  y: d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 1 x% a9 }% R& T, l7 T3 n+ o
    . X% e0 N" l" m( {4 `! t- _2 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。$ j6 V/ R! r& ~$ k) [

    1 C' [0 B8 `' x& H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)
    4 S# R; N: l+ r+ |' J6 J/ b* ^/ \( U8 @! t5 I8 w
    主要参数:
    ; L+ b+ j9 r# C! I  v供能指标:10兆瓦
    $ Y; W, Z- u. V2 s6 K秤砣 500吨,总重12000吨(24个)
    ' ~" l" n; E3 H4 p井深 800米
    * C4 h9 k, F' s0 n$ \1 c2 q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/ |. {* X; ]% {' d9 F
    使用年限:50年4 u1 {$ q6 V5 O& r# j8 ?7 h5 I
    $ z- f% |5 M7 V& I. V9 }6 B" n; g
    我按瓦特的定义算了一下,g直接用了10
    ; m6 m3 b1 I3 S- j3 O12,000,000*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。
    ' q9 H! g: x' c6 R8 I% ^. z7 p6 b5 [' m2 _

    7 C/ g% m: z( A8 Z9 m, y. S下面两篇报道的都是这个项目
    ) O" X8 z8 f- Q" T( J5 ~7 W9 X7 l/ h$ z' m) M. Z. M  y

    8 |. S& j: _) f" g) [https://www.theguardian.com/envi ... re-renewable-energy
    % _" j- S" @# a( ?6 y9 q/ s% E8 U) A/ A5 t4 X
    https://createdigital.org.au/old ... ble-energy-storage/

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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
    10 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。。。/ n+ P; h3 ?( h
    ( H0 t/ ?0 p5 }% H" h% f
    刚刚上了一个项目:江苏金坛。
    0 u( c. n) ]. M- U; ohttp://jsnews.jschina.com.cn/cz/a/202008/t20200819_2613646.shtml6 i4 F) e- t- \4 t& a
    ! m% `9 k( v# a5 C2 W/ C" ]
    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
    6 f$ g4 O/ T: V风光以后的废弃处理也是个糟心事

    $ q( T( S. a- P3 u; o$ f- p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
    ( @( b7 [; N( ?) d压缩气体储能。。。
    ! H" j) ]4 p+ H0 i5 ?% c3 x- u5 ~' N1 x5 d. |* g! B
    刚刚上了一个项目:江苏金坛。
    3 h5 t3 E# \$ M0 O4 f& C* O9 d
    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
    . D% i' P! `" ~
    石工 发表于 2021-3-20 06:34  H) J2 y) C7 o$ s" D
    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- v( w; i5 Q, [5 [' o7 w. \! e
    . _: O) M& O: q( I" u% d0 k
    中国北方采煤 ...

    6 T2 ?% X4 s1 g9 C4 b* {
    - _# j$ m9 ^! V6 H7 }8 J" _: f6 }# N  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。
    1 h- }0 D  z, M" W1 q! \
    $ l1 I+ t7 t1 N* G3 T( T* 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 ( n' F. ?# }/ ~. V" b
    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 `# n) e" A5 n0 c) b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。( b) Y2 V" ^0 @
    感觉这是一个永动机式的好办法呀,只要搅合两下就行了。
    + U* o7 ^5 G/ u7 Q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
    , x  E, `7 N* P6 q3 x
    晨枫 发表于 2021-3-20 21:56( G6 ^5 N' E2 ^! w' @7 k4 v' M5 T
    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 ...
    + Y. e5 @& Z5 Y

    6 P2 J! H! W0 d; ^' P1 [0 bhttps://gravitricity.com/projects/; Y6 X3 m9 z7 A# F: t. G! Q
    6 k! }  H  u) o2 ?' I* E  H

    " j3 [! d+ ]' |9 r6 M" k  E% a, {- k7 }
    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。3 J* q, J* v- ^  ~4 ~

    2 _. I, j9 b; [! B" R* S1 F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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