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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 . S# z2 I" z, E) W) h
) G* v! t# W' t/ G0 |1 v

( p4 L+ f5 H" B/ r
# m* a9 B0 ]  F" p8 {4 J" Q8 n) j2 A
" c8 r$ n0 q; t1 U, |; O0 ]( a/ q8 f! B$ p: ~8 k) n

/ h  ?4 w$ z  _) e( g$ f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 Z9 t8 i$ w" \. k+ }$ @" k+ @9 S2 V: K7 u/ W3 E. N8 w
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。
& j7 t5 T+ k( L9 I: g2 _
; n" X0 c9 H+ H& t5 |' ^  V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。7 d& a0 X, }' Z2 y& l3 L9 c8 W8 S# `
4 F8 @& r' ~! |. Y3 R; J1 w
6 r; h. S% q& _! C& v+ ~( ?9 T

$ R( |# K% n  k! _# x6 Y
" j% \; G( s7 V' T城市菜园可解决占用耕地和新鲜果蔬问题,但需要电力
* _; H* w* v9 a8 \" e" x9 A$ s: T- P7 F
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。7 I0 b# ], G1 K
; P# w4 O) K) z" a; _
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 O( r  f  A7 X9 ?& r# Q- J1 N2 c/ _2 C0 x( k+ T) Z( e* y
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。
& N* I; W& I" e' [0 d3 V7 g- L2 J1 X! {% S

7 E# {' D- j  A6 t) U8 t2 u) w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
5 `9 v! @# O8 ?
" m' I! H% }6 x7 B0 y1 g. b; U' D: R* D3 h1 G
废弃的地下坑道适当加固、防漏后,也可以作为地下储水池
, e0 `3 D' T$ E7 j* g' i2 }- v
# }  P. {9 E! m" z7 w+ Z, E' G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 D+ N) }5 s- u+ n# L+ E/ G. C* G) x% ^/ R& R8 E5 T- v

2 k* |" E, J% {. D/ A' H1 h; h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7 S8 o- G& K7 I* ~. ]6 {
" O, E& e, g- W5 q1 [! u4 k; H9 ?
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。
" c) b* O, y9 [/ t! w( U3 p* M5 w3 m. M" t. J8 q
此外,就需要一点歪门邪道了。
5 S! s  p8 o1 `3 y: u
& A9 I3 v2 m- ]( k. u) o: o, ?  K
$ Z/ M: M2 k9 {6 A+ Y" {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
: d$ K. p# o8 v" l6 M: x& I. l" g! Q; u! g
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。
$ k, q) n" }% ?6 b" ~6 @9 j/ v3 D7 N3 d/ n
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。
3 H+ a0 {4 U2 B: d2 O( a( J9 O. L' ^
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。& J1 s8 B" v- A
& R/ Z6 E' u/ J* Q/ Z5 }! H3 ~
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。
: f- e: p# M! ^( u; R

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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
    2025-6-28 05:55
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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 20:103 D6 G3 o) ]. U* {% n
    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 ...

    4 B/ X2 Y, z7 \8 s6 @. U3 l氢能在制氢、储氢、运输等关键问题解决之前,无法成为主流。% M3 `4 r5 M. C+ O$ A; Y
    1 Z; e$ ]; F- `6 D3 {. I/ x
    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( ~9 G4 u4 o" O' |4 d
    答案现成的, 电车。
    1 Z4 s0 @' Q5 }" w( ^; K% r- k
    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
    2025-6-28 05:55
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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
    ) q( I4 q2 b' v/ {
    晨枫 发表于 2021-3-20 10:15- O* F# {- y9 F  D, E
    氢能在制氢、储氢、运输等关键问题解决之前,无法成为主流。
    - [' y( \( x! n# X
    & N# Z- U* \' a4 a由于耕地和能量密度的关系,生物能也难以成 ...

    % g% r6 D' o' ?) @2 M2 z1 c/ }
    $ S# ]- H% |0 p* z  a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
    & e7 }/ B' b' T! ~& x不行。电车正好是反循环的,充电是在发电低谷。
    - v9 ^, v, d  Y0 N: ^
    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 20:312 }8 |) w# k* D+ \% p
    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 ...

    ) J  L" y. b8 p0 u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  E6 {- A) z0 Q
    不是, 其实车绝大多数情况都是静止不动的,都可以充电。
    * S' X$ |" V# f

    , T. _% [$ p& V, J- [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
  • 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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    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+ P* [# y$ ^5 A0 X$ c& w: f
    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 ...
    . O9 e7 M1 i. o+ s' @# |- K

    ) h  n) i$ d# E, t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
    , l& V7 x* x! G1 @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。 ...

    ) K+ E+ \( Z( k. X4 [. A0 G; U+ |% T5 k8 R3 @8 L+ ^1 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
    3 天前
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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: X$ ~) L! T$ T
    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。 ...

    / \' i' ?9 K0 }; T/ i4 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 9 x7 l: d& Z7 y& |. q4 k
    1 `9 A% L% p) n
    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。
    6 c# d/ G/ f5 U% P  x$ v& L3 f& K  c, t/ d* n- l. E
    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)/ P' v( O: X7 o4 O$ F1 H* n; m. ^
    5 P! N8 q' M9 y+ j
    主要参数:8 p8 }" X  P) w% k& m) I
    供能指标:10兆瓦
    " K; c* J. x5 s) Q秤砣 500吨,总重12000吨(24个)+ Q. C& f9 d1 J
    井深 800米7 ^) `  k, m9 e8 i
    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
    $ N5 g: X$ N. V$ X1 X4 f' Y使用年限:50年
    4 ~4 y- u, q0 \' N
    8 P* z& Z+ S/ A我按瓦特的定义算了一下,g直接用了10- ]1 B" s4 s" G7 n+ n" r
    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。
    / I) Z0 f# I9 ~% w, W( T8 }4 u& l6 b5 K! s( o+ X
    * F* H& k0 F4 x( t5 D( y# O5 ~
    下面两篇报道的都是这个项目
    ! S% g6 F9 X% @0 e! [
    / c) B9 P+ V. q
    ) e% R- @5 t) `. F+ Ehttps://www.theguardian.com/envi ... re-renewable-energy3 p' D( B. C# _! C" _
    7 p" H: k& s1 K6 w4 R* {0 ~5 ~
    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
    2025-5-22 23:34
  • 签到天数: 3170 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。。。
    9 Q0 U  ?# ~' q& Z8 T* }: V- U
    & K7 c: x4 y9 e( N刚刚上了一个项目:江苏金坛。
    % Q7 ^2 y$ n1 x8 l0 ~3 m8 Q3 Lhttp://jsnews.jschina.com.cn/cz/a/202008/t20200819_2613646.shtml
    1 D( z; J- Z$ v
    7 a, a) R/ {6 ^- ?4 Q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 02:586 m/ e! c# X1 v, a% m
    风光以后的废弃处理也是个糟心事
    " S% z: ]2 H6 ]9 U; E
    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; S9 X+ _4 w1 l6 ^1 D. x
    压缩气体储能。。。
    ) Y6 X9 e9 A' u  P4 P- k
    7 D' I4 d  Y+ h$ l) f刚刚上了一个项目:江苏金坛。

    - m9 k5 l, y) `) I% E* k+ Y' v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 $ u! R$ D5 A3 f
    石工 发表于 2021-3-20 06:34/ K" m+ _( A7 p& `5 w( ]* g
    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 R/ J  N" m! A  H& m5 T
    ; b! ~9 g, ]/ E6 M) g# J8 [中国北方采煤 ...
    % U& o/ _7 r6 ]" j' c, Y- a  q

    8 t; y% {! `5 I, S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。
    , j3 Z7 C) G% c  B
    - V6 S& f7 g, x6 n9 P" U: M) q. d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 - F6 p# Z9 N7 t3 i4 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,
    & v/ s  T8 u; ^/ u
    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。
    ' C- ^# O8 f! K3 q1 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。
    , k7 B" Q- ~6 {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。

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    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
    9 X4 T# G4 x9 ~: X
    晨枫 发表于 2021-3-20 21:56
    + j- f1 U: v2 ?" c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 H# f3 ]8 K7 f7 c8 h& _
    7 o  f! k9 n! O3 ^https://gravitricity.com/projects/( p* O: c# U/ ?% ]
    ) \6 a1 U+ l  W" Z

    # Y$ ^' \; P6 k9 H; F# x! }/ o9 i) n& D7 ^" L( g9 M
    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。
    2 \$ _9 x* g. a+ u
    ' C, [! Z1 Z' A# I' F7 w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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