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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
+ H$ o! s3 S5 h; e1 L0 e6 C1 Q& T! s2 ~
5 T- \. u7 Y" p4 {6 ]. O7 A  ~
  Z$ k9 G6 L; T! z; l

0 |# s2 [$ g; a! N. b0 F
; b9 R5 D% ?& q3 [) w9 N) S9 ]1 ~) \3 B8 v* h7 V4 }
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: t, l" h8 L5 O$ n

+ G: G$ |2 {" F  D% b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。
7 [- Z8 U3 L9 J- _0 c$ E. w* K3 I- C( L( L
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* b# h+ x% O1 c$ `+ x+ K5 W+ A
6 L0 E9 ]! c% i% l' I7 g
! r& v4 }4 R, t1 W: `

9 A4 C; G& b. {/ \( {, U5 l3 o) K: k4 {0 d, H! x
城市菜园可解决占用耕地和新鲜果蔬问题,但需要电力+ p; G/ G+ [, M; N1 y

, y8 x' a, U5 X. w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。
1 b7 Q( c" Z# s! a2 y% `7 T
% d8 d; b: l% y! B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。
1 S) P9 l% z/ q2 C9 D1 k7 @* H3 }2 ]! `8 D4 N* A
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。( O% K6 H' n, `5 W! O, V9 t
2 _- F; b; X- e

/ `4 ?$ S4 L1 D& }6 z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- y$ D& Q" Q9 f

( ^( ^. m' Z) K- l  f1 G) S' t/ R" A. [) {
废弃的地下坑道适当加固、防漏后,也可以作为地下储水池; _6 n/ u0 |- r& Y$ p/ G

% S) X0 z. ^8 }% 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。
& n0 `( Z4 S& |4 L
2 N4 e9 e' o2 v' l) y# {2 ^  k; G# i" G: G, d8 S% {
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
& K8 l1 s' a8 B, M) ]+ ?! ]
) E' G: k+ N2 J7 x) p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。
8 I- ]9 r% W; t
0 ]/ i- k' Y% S1 n% Y: m4 b( w1 b此外,就需要一点歪门邪道了。& \2 }6 _1 M& v! l* p* g* H) S
' c. e: \% k9 L- M" s1 m$ K

0 m0 c+ ?- e3 I1 L( S; p0 T7 O9 d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
8 {. r8 _7 H4 x1 {) c7 o' U) U. S% Z, s7 X. k, F
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。
/ e+ O9 U0 c, a0 C( Q9 ?
6 J" N5 M1 m! T& u1 ]' D- S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# ~7 P  A8 p( r- W6 `% I" Y/ x
& \; q/ K. E% j% C/ g
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。
' f; f5 [+ G0 {* [0 n8 Y
4 s  [' 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。. G7 G9 h) b6 M3 J& |0 I

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    无聊
    2020-1-2 12:07
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    [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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    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- R+ W/ W6 s# o% l" _0 W: }% {1 i
    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 ...

      y2 z5 V0 \  c% `: ?0 h氢能在制氢、储氢、运输等关键问题解决之前,无法成为主流。
    " c/ ~% Y, u& `" F: p/ m6 g
    ; Q5 x) H8 u& [; e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; H9 O, r. X7 p! }
    答案现成的, 电车。
    7 ~: ^* w5 ], B; Q; |5 @
    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 9 q/ ]( `( s: m; X
    晨枫 发表于 2021-3-20 10:15
    2 p2 z: S" S- E1 h氢能在制氢、储氢、运输等关键问题解决之前,无法成为主流。
    # B( H  Q) R: o% w
    & m  v) O3 ~$ X2 y' h0 B' }由于耕地和能量密度的关系,生物能也难以成 ...
    2 D. @* K# ^1 V* h

    % B* a1 p4 V* w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
    + |2 M: O0 y5 a# ~# s9 j不行。电车正好是反循环的,充电是在发电低谷。
    % }, A% A3 r% r5 t! o0 T" Y& k0 T
    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 20:316 z5 E( g3 D+ I  M4 e
    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 ...
    & k5 N, s! g+ 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
    - S# g8 q+ h  p, W/ C0 u不是, 其实车绝大多数情况都是静止不动的,都可以充电。

    % r% ^3 H# S; U! V/ ^' f$ E. }  k$ ^. r( L8 w! j0 u9 W9 v" r4 f$ p
    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/ ~7 w0 c" i  D0 k
    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 ...

    3 X0 t0 e0 r+ r) r; }6 Y# h1 B5 {" t6 p" R% f5 V1 X4 w- E
    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
    - c3 V6 N4 M9 |( |$ ?. T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。 ...
    ! a- X: o9 @) L4 t; |" n  p! b

    - R) x' K9 f, B1 T4 r7 p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
    前天 19:55
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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$ |2 A. @3 @. C! B7 u
    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。 ...
    % q) }  o2 G# m% q; F
    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   B9 ~7 ]- ~% C, _

    % s0 Y% r  n0 r8 c* }" 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。3 n/ X7 a% C% I7 d
    5 N+ t  i2 X$ T8 v
    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): X9 G: p; l  f0 j( j5 G4 Z& c  V

    & \* C' p' m9 z( t6 X; L$ A主要参数:
    . J- G* P. q5 P- I3 K* u1 ^( b5 e供能指标:10兆瓦; v) N0 [8 s  ~7 R( c! P
    秤砣 500吨,总重12000吨(24个)9 ?# |+ k7 m$ x+ \6 v, }1 z. W  n
    井深 800米: f; {. j: N& w
    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
    5 t' `( j3 C" E( v0 V; \使用年限:50年, p0 i) i+ e! s" ^: [" H
    0 p- y! K) `7 G0 z5 c( x2 E8 w
    我按瓦特的定义算了一下,g直接用了102 f& K8 O  f/ C1 x
    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。
    5 z' o# R* w6 w; H7 J- r0 r' {4 y2 m  A6 T  u% |2 Y/ V

    , v5 k0 j, W1 q# d下面两篇报道的都是这个项目
    : B- f+ V% i2 ]( \% U
    ; Q. |. p+ x( [* I9 c5 N0 V% S8 {0 ~! ]
    https://www.theguardian.com/envi ... re-renewable-energy3 [- V8 a  C/ @3 |- B, K6 o2 k

    . s/ {/ Z" _8 i/ V# Chttps://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
    17 小时前
  • 签到天数: 3149 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。。。
    2 N* ?% y: \% a, y" \8 @1 @# k4 |: ]& N: V0 j, S
    刚刚上了一个项目:江苏金坛。
    ; F' L* w0 I% A. y* F0 F3 l! Dhttp://jsnews.jschina.com.cn/cz/a/202008/t20200819_2613646.shtml
    : j  W& v3 V6 N0 z- f' F; ?: x) J
    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% s- I  X. \* [' x- H' Q
    风光以后的废弃处理也是个糟心事

    5 u( \8 o+ Z- c# M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 07:077 d! t7 L! `( K- D6 u. Y' d+ g5 j
    压缩气体储能。。。
    % z% J4 j/ J; q. I0 g2 n& T
    2 f$ E# v; E9 h0 X  ^刚刚上了一个项目:江苏金坛。
    3 P% z+ P$ P1 s2 S
    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
    8 ?* [0 ~0 B" T5 Y. X
    石工 发表于 2021-3-20 06:347 c3 x" `  Z9 b7 B  \
    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。
    + z: N) x  I3 t' k* W0 ~
    : E( a- D9 t% t& y! T中国北方采煤 ...
    ! Y5 S9 p  a! K9 O: y1 a) m0 W! k
    ( x5 g4 T! I+ _& u
    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。
    7 o' W# o9 l( X6 o! n2 z! @/ x* X$ B- {: ~  v
    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
    / w# e1 C1 a4 K. {2 }5 Z
    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 D! R, V/ {) R  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。) N  _7 W5 V$ K7 @: i6 D+ `; L
    感觉这是一个永动机式的好办法呀,只要搅合两下就行了。
    ' L" Z& `  D* J" v/ G  e+ U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 * N6 i4 C: K! @$ }
    晨枫 发表于 2021-3-20 21:56
    7 [1 z1 i7 Y3 ]+ Q6 Q  k. a  V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 ...

    0 H$ |* h8 U- D# a+ M
    $ I: J( s1 n% x# D1 X/ D4 I+ W* K" Xhttps://gravitricity.com/projects/) ^1 o  e7 A" L( S: v2 m
    % S( U; l6 G2 q/ i: D& H. g- F0 X5 C
    : o% G  {8 Z* s2 f2 C+ {

    1 g/ a* Y- ~% U8 t6 {" D7 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。8 r. a" j1 Z/ l9 z; S" m  C

    ! }8 {9 a0 P5 Z; u- L6 @8 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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