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爱吱声»广场 › 研究生院 › 科教学圃 › 新能源发展的瓶颈：储能
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[工程技术] 新能源发展的瓶颈：储能

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晨枫

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楼主
 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 ( y4 _) W; H; }5 ]( y4 f

" {! d% D! n, q
$ H+ R$ }% }2 q) r7 O7 D
/ s+ @$ @# j9 `) ~+ a5 j: C+ v8 x3 h
7 N7 t5 m# f% O$ h
6 r8 R$ o' x9 `, Z# |) [
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
9 ^3 ?- u8 g! m3 o' G4 K0 P" [! {& }
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。
; Y* }, b1 w' q; ~* h3 O( [
' {3 ]- I* X% A) ^5 `# b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。% a/ a8 I  C) f6 w4 z
* Y# A$ Z) v8 @% k
# T6 e# }& T$ L

& b" J! p1 A' k5 u( u+ G$ h3 \
' g7 L8 H8 t/ ~, ~' G0 w' P城市菜园可解决占用耕地和新鲜果蔬问题，但需要电力* r7 d/ w# b( {$ j' y' a8 p2 l* ^
3 h; I, P7 O, \$ G7 r+ \9 `" d" G
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。
# U2 U3 Z; U/ w+ @5 S1 ~  x, |0 T6 p0 K6 E5 E: |
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( m" X4 @7 c8 i6 k
/ f1 e' z% c  e; ^- E* J
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。; B4 U' x, ]% g8 `
" x$ s' z. {, D% n$ T/ c3 i' N
. u* g' I4 ?4 Z% e" E( q9 B- j
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
4 T; a) w5 H' H; ~8 J* f$ |4 l% M

2 Y1 e  {1 J2 w* c+ V5 |3 k5 M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 q5 p' w! b. `
1 j  B: p% w- B3 I' Q$ c7 p3 {
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。
: ^  k0 Z. \( m4 q3 L1 _7 Z5 Y* M' y  r" t

2 g& }* k; I- L  b' ^' 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" T) e# b3 @1 F$ R! ~' g

7 F& f. }7 X6 W5 o( b- v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。2 ^, c& T, R. W6 F: l, A" k+ ~

6 O! H0 H  t2 w7 w# Y此外，就需要一点歪门邪道了。
$ w( y' T* ?: P+ G6 Y8 W; S, p" Y' T# Q. r, {8 s+ ~. h
8 m9 }9 e( E/ s0 ~0 ]: s
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
0 |. |1 [4 A( r$ X& R( i
6 g8 ], r4 E; m: ^1 E7 |% c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。2 {1 I, ^% X( s
" H9 a% v6 m% J+ m3 m
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。- q* ~/ P. D8 s# q

; A, S- a& l. K- g! ]# K3 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。
7 r8 \4 z. }' m% X7 s* h! O, C; N! i9 M( G, V' [9 v0 _' J: t6 N
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。$ I, U) J2 x, w( u5 O

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semtex
  • 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。

    点评

    给力: 5.0
    看客
    给力: 5
      发表于 2021-3-20 22:34
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    嘉洲
  • TA的每日心情
    慵懒
    2026-1-25 10:17

    • 签到天数: 1168 天

    [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

    给力: 5.0 涨姿势: 5.0
    helloworld
    给力: 5 涨姿势: 5
      发表于 2021-6-26 03:33
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    晨枫

    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
    ) B$ }3 |6 [9 `- `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 ...
    3 [( d% d* ~" g  h7 E1 ^- I
    氢能在制氢、储氢、运输等关键问题解决之前，无法成为主流。
    ' n  [7 w2 B# W1 d9 Y
    0 n' Q. d/ T5 o3 o% ?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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    晨枫

    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 19:486 o( e1 J; z( N% t" h
    答案现成的， 电车。
    + M8 A5 C6 U  y0 {
    不行。电车正好是反循环的，充电是在发电低谷。
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    嘉洲
  • TA的每日心情
    慵懒
    2026-1-25 10:17

    • 签到天数: 1168 天

    [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 # d2 M- }! V" @1 _
    晨枫 发表于 2021-3-20 10:15
    2 O% Z  c) x3 |氢能在制氢、储氢、运输等关键问题解决之前，无法成为主流。- Q7 B( j" c1 H4 v+ ~

      Y" i5 `8 z" i. J# T" M由于耕地和能量密度的关系，生物能也难以成 ...

    3 f! f: c& X+ j: h1 s" V! k
    ( ?% ]" a2 a: G0 U+ F1 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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    semtex
  • TA的每日心情
    无聊
    2020-1-2 12:07

    • 签到天数: 1 天

    [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# n2 q; S5 Y2 L. j9 N9 }
    不行。电车正好是反循环的，充电是在发电低谷。
    / B  [" M9 u* c2 U5 ^
    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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    晨枫

    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 20:312 i! a2 T, G- s0 v  G3 N1 @
    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 ...
    " x4 k. x: @7 |
    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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    晨枫

    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
    " W$ u$ o' h. @4 ^$ o! ?不是， 其实车绝大多数情况都是静止不动的，都可以充电。
    : e' c8 [! q5 d; l. O

    1 n6 T( S4 n# r1 j0 i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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    drknight
  • TA的每日心情
    奋斗
    2023-1-1 00:24

    • 签到天数: 1033 天

    [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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    晨枫

    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 21:454 y9 y' l3 S) H$ a6 L4 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 ...
      q" d& t: |! i+ g* x
    ) G, S  e1 z2 v) j2 @1 a
    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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    semtex
  • 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 11:042 z# C) B$ n/ c" L- i9 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。 ...

    $ T: [$ r& p: G" S
    * |! g) [* k4 g  D7 W* M, 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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    常挨揍
  • TA的每日心情
    慵懒
    3 天前

    • 签到天数: 2232 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 11:547 b. g( s7 N- m+ s) c1 E9 d* r: e" M
    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。 ...

    , B" Q3 X  M. o风光以后的废弃处理也是个糟心事
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    石工
  • 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 2 k  @; G4 r) Z1 D3 M5 E) ?7 O

    - t3 R( ~: T" Y. J4 A. s! d' i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。
    $ T8 {8 P( L( }
    2 z6 R5 n7 u7 y* D' j1 k7 x5 f8 n6 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）8 s2 A, Z& j/ l% h* a  e; s

    5 Z1 M, P" \* n+ G主要参数：2 w% G3 s5 J" n% w2 r4 Z5 Y- i* n- f
    供能指标：10兆瓦
      U# V. }' j6 [! I' k秤砣 500吨，总重12000吨（24个）
    3 m( X! A& j. ^+ R井深 800米
    - j$ W' P9 \4 @3 m$ D$ |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
    ) w: [' {" P8 H, k9 O+ m- j( l使用年限：50年
    5 u" \4 d* h% ?0 j) L5 _+ Z/ z' l
    2 W) i, F& c! L  G  @/ `) O我按瓦特的定义算了一下，g直接用了10
    ) p7 A# V- X6 y: f6 _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。
    8 T/ D, l+ h# T# w$ G6 r8 t6 O4 g3 p. Q7 U) ^+ Z# u; L

    # w# g1 Y' Z" y  i  c$ K下面两篇报道的都是这个项目8 T7 c& i/ f! w1 N/ N) c4 U

    2 ~) G/ _$ d5 h( j% [( Y4 i6 Y5 o" C, d
    https://www.theguardian.com/envi ... re-renewable-energy
    / X! X1 b) a4 k! l4 ?4 ^1 ]$ n# Y) c1 K6 X$ `( S, Q
    https://createdigital.org.au/old ... ble-energy-storage/

    点评

    给力: 5.0 涨姿势: 5.0
    helloworld
    给力: 5 涨姿势: 5
      发表于 2021-6-26 03:36
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    赫然
  • TA的每日心情
    擦汗
    17 小时前

    • 签到天数: 3223 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。。。% H. g" V" `( g" m
    ) t) H; ?/ z2 {( }9 m+ ^
    刚刚上了一个项目：江苏金坛。, ~& [- a+ A+ z2 n% D) ?( n$ d
    http://jsnews.jschina.com.cn/cz/a/202008/t20200819_2613646.shtml0 f# e. y% l3 s& H* A* x1 ^+ [
    # S4 e4 r0 n3 }
    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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    晨枫

    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
    5 I# F6 X% S: ^4 r8 a& {, j9 l; U风光以后的废弃处理也是个糟心事
    9 D8 O1 P* ~% p# J# p
    比核电还是要容易得多
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    晨枫

    该用户从未签到
    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
    + W! l* |0 o- A  h8 b4 l/ j9 m+ N压缩气体储能。。。
    ) N0 m0 `4 }4 f8 m
    : J5 e2 }/ y3 `/ V7 R2 G刚刚上了一个项目：江苏金坛。

    # c. M) L/ E: K" l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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    晨枫

    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
    ; k3 j4 H' }6 }5 h0 B
    石工 发表于 2021-3-20 06:34% o. V/ |1 U, Y; 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。5 b5 V" u7 h( p7 k* V  e! J
    : ]& m; {% P4 a6 V) q8 F; i
    中国北方采煤 ...
    3 q  d9 H2 x" u  \1 I
    6 Z) |  i- P. K
    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 O0 A( H' F6 S
    5 H( h' `5 Z1 i4 ]0 n# E造起来了吗？
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    晨池
  • 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 d9 k+ n& |# _1 q5 u
    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，
    - i& L  J# H. Y' E, X9 [& X) d
    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 w  E9 W# u/ d4 W) S% {7 O
    感觉这是一个永动机式的好办法呀，只要搅合两下就行了。
    , t5 L* v: N0 T& u4 R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

    晨池
    一直在潜水  发表于 2021-3-21 13:45
    常挨揍
    司炉好久不见( •͈ᴗ⁃͈)ᓂ- - -♡  发表于 2021-3-21 12:39
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    石工
  • 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
    + P9 J0 h9 x( e( `1 a
    晨枫 发表于 2021-3-20 21:56
    " e. D' C4 b' C% 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 ...
    . a$ P2 r% K% H
    * \5 `" d6 W. p* S$ T9 ]: d  \% X1 w
    https://gravitricity.com/projects/
    1 c# j* a1 x& o: q" G
    ( g+ i' `+ @/ v  {3 ?$ ?9 X/ z1 S2 m# b& s) Y
    # X" C" ?  m& W" x% A" h! o2 z
    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。
    ; M; s) h+ `: J" Y
    & b7 ]( W2 U2 a+ [+ f4 C" b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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