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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
9 g% A) d. r) K2 Z( Q  _
: z( p9 r; G2 n' U( R
6 T. G9 i! e) M# i1 X' X
; U( _5 O: e5 |. D( S4 z* m$ P
3 w, H3 ^) l3 w8 I8 Z0 a9 M
- R! K0 ?7 ]1 F/ v: a  Y5 W, J. s4 K; B# B5 I
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
" f0 |0 n& C4 n" E/ X) C# B( {' p2 \8 Y* s. k
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。# H. F- N0 i7 E
$ c. a7 p1 |, r. n
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。+ |4 s+ y* I' v5 t0 U5 z

  X" k4 |9 @  i" Q5 j8 l" y- V
+ e8 [4 z& P& [1 v+ I
0 _1 L. A- B0 ^3 o/ s" Y) l
$ O! k, f: p" b9 N城市菜园可解决占用耕地和新鲜果蔬问题,但需要电力
4 G- }7 d) R* Y5 }& z
- u) w& f* g6 t& m6 `$ `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。
. T* q; L0 s( w* V" N+ v
2 M7 O- \& J9 ^1 z2 L# x* f  W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。4 r/ u: U& ~$ P/ I: X  N
% a& e' A* _9 g4 L
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。& ~6 q& ?* v/ h% k/ J$ Z

# j* v* P+ W! Z* `( l: z6 {' e* J" H2 F# \* L
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
  m7 U$ Z5 N: B: I! _+ p* D: J+ l& c* V
. C% @+ I$ ]9 T0 z6 u' c
废弃的地下坑道适当加固、防漏后,也可以作为地下储水池) a+ Q  A4 K, J+ I8 @1 K. \( ~

- |6 w) y1 w9 r8 |' d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。  {5 P. n9 ~7 p6 r8 n

  X6 X  J. z5 k( ~& b/ C# r8 G' E  I6 O( o2 k4 X4 |
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
4 L4 [4 x/ X; V' j. y7 U
: Q8 w9 @( h. S+ U. o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。" i  q4 E! i- W5 U; B, T9 F

% j3 F# U$ }; O/ d3 t* I0 M  M此外,就需要一点歪门邪道了。4 i2 q% N: E  J0 {* b+ W  M2 N

( R! b! O  A$ n( l. \. J# ]  h9 \1 W, D1 A0 ?$ 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) O- ]# f4 x4 M2 p9 S/ _  `: u" ?
( d, n/ x' q  m1 O, w! u
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。
: C4 N: H, `8 c  _
( @/ g3 I+ ^- j# z* }$ X$ q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。
1 c) C8 H2 p/ ^! ^
7 _% u4 B- w$ S8 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。% ]  I; f; k; E. V- z( A
* O) m" H, j1 I* D8 `- x3 Q
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。' Y7 y5 R( z! j; }9 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
    2026-7-1 03:12
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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
    $ \: h: O" y& j6 q7 [* n( D# g7 {% 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 ...

    5 ~) n$ K' _3 q( D; ]7 T/ \氢能在制氢、储氢、运输等关键问题解决之前,无法成为主流。
    * M; L7 y! x" F
    & [$ i/ n- k; D, J2 M2 P' f+ I  d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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    该用户从未签到

    5#
     楼主| 发表于 2021-3-20 10:16:35 | 只看该作者
    semtex 发表于 2021-3-19 19:482 Y4 ^0 Z. o/ s) O' N( \
    答案现成的, 电车。

    , y, ~& Q' x; H* X4 Z/ g3 U. @/ G- D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
    2026-7-1 03:12
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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 + S0 {$ B# q* b$ d4 [- v+ m
    晨枫 发表于 2021-3-20 10:15
    / @) i! M8 i7 B$ f3 \氢能在制氢、储氢、运输等关键问题解决之前,无法成为主流。
    ( F, a/ a6 m# \: Y( w5 d" G9 i$ e6 D' F0 J/ S( u3 W. k
    由于耕地和能量密度的关系,生物能也难以成 ...

    & }. g# C& _0 R, U6 G2 Q" {
    3 J! Q2 s1 V% 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
    ( L, }' ^# }& \+ {不行。电车正好是反循环的,充电是在发电低谷。

    ! P( |4 K. O5 j6 g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. O7 X' F$ W$ 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 ...
    ; H6 z$ T" G9 |8 |$ c
    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
    8 Z  g/ C4 s# t不是, 其实车绝大多数情况都是静止不动的,都可以充电。

    6 F8 P$ b/ E% {, z8 R( F# m7 \4 y# V( k- Y- 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。
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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% Y% q/ I( P0 F6 ~1 W0 ?
    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 ...

    " h$ f/ {! k4 K3 P! t- ]9 K, C5 w" U) e& n% f
    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
    . E/ G  z7 s- Q" 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。 ...
    7 Y/ I- X5 k! e; j% H

    ( B2 K' t+ z; J% k$ G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
    2026-6-27 09:25
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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
    % _" E& C. h# V0 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。 ...

    6 U# l* Q" I+ Y; Q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 9 O, W) ~! h4 x8 V& r! g
    # Z8 [8 V2 }( o% \% {- B$ 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。; [1 K; H. t% I
    9 P/ C: T8 \; t0 j* D  `( W, E  z
    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 C# v% M, ~. }6 H5 Y' V* W, D/ o0 v9 \4 R
    主要参数:
    : ]4 U. u6 ~3 v+ W# s6 {0 ], k供能指标:10兆瓦9 H. K9 O( [$ i; v
    秤砣 500吨,总重12000吨(24个)
    ! N6 f' j0 j9 l" [2 e% N- O  _* e2 |井深 800米# Q+ c  U6 ~$ I$ x: R
    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
    . C5 e: g; ~7 g) V* n! O使用年限:50年6 {# ^$ ^6 p0 B* v/ P4 J  I

    ! s% i& {0 i1 B9 b6 M- A9 a我按瓦特的定义算了一下,g直接用了10
    ! Z! G* r7 Q# ?, ?8 x! i$ ?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。. H" x2 D; l  @/ a

    8 c9 ]9 J" ]2 M- {$ i! j4 W0 Q& {+ b% h1 a+ Z( T3 U
    下面两篇报道的都是这个项目
    ! Z* o) s+ A- F$ x3 e& K! R7 Z3 S& D. ^1 ?9 s" O8 b+ \3 Q

    ( J  S, \% @: l9 |* J, g. V' ?https://www.theguardian.com/envi ... re-renewable-energy
    ) C  e7 k- ~. I! _9 t% X9 o6 e3 z. w0 |) ~  F' b' ^
    https://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
    6 小时前
  • 签到天数: 3388 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。。。
    & m7 p2 x. g+ H: t. ]5 p+ [" p% s2 |: u' X3 m
    刚刚上了一个项目:江苏金坛。
    ; V1 f6 V$ f5 Z+ R& {http://jsnews.jschina.com.cn/cz/a/202008/t20200819_2613646.shtml
    * D6 U2 d  t/ Q8 ~0 ~
    ) U4 |5 k" s; 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
    4 y" b/ {" ~; O  U' Y8 s$ N风光以后的废弃处理也是个糟心事

    / f3 H; u* ]4 g8 C/ K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
    & F' |! }+ N% [6 j( v2 I压缩气体储能。。。4 n( z5 k( a) `% S6 C$ u

    " Y2 n1 E9 i2 \) t* @: P刚刚上了一个项目:江苏金坛。

    $ k' H# C0 B3 s. z: M( x0 Q8 X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 3 T3 {/ o% w' e5 o* j, h' [
    石工 发表于 2021-3-20 06:34+ A+ k% d8 i0 N/ ^6 c; E
    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。  ?2 X* `+ J8 u( b: `' j5 A& X2 X6 k
    $ i8 n+ I0 b6 n
    中国北方采煤 ...
    7 o  T5 R8 K3 \8 O

    2 ^" ]9 y2 S2 \5 B2 `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。
    , q2 o$ t. n5 o! r* Q) j4 f  w: _2 f3 n, y: ]3 s
    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
    5 C( p6 c  h7 Z( r+ ?+ [* k
    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 {7 d; M. S4 e8 V1 h+ ^. n' `) ?( z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。
    ' ^3 ?& R7 K: n# ^, U7 I0 C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 A* e1 W& {- y0 |: _
    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 8 r: @/ e2 H% C- Y8 S6 ]( _
    晨枫 发表于 2021-3-20 21:56
    + a- X/ [. I1 h, @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 ...
    ; R4 n: W- }( w
    & v7 V, l# r9 q5 ^8 f
    https://gravitricity.com/projects/
    ; a8 S$ i) B8 _. b7 K. Z: }. E! q4 p- ^3 v
    ( N; F$ d: `+ y6 _' W
    . G' r) g7 m( M" R3 d. V; A) Q
    & T1 ]% v7 Z' o, ~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 E, Y7 l4 ?, m  o' B& C" {! a1 X% u, K6 a+ ~
    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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