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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
7 V5 `) Z1 j( H7 ]$ N% O- e) S/ R; E& P# C1 l( b
2 p! U1 r2 X. [* Z& r5 O- [
0 Y  s8 e4 c7 z2 w2 Q
0 Z" l' {# \) U' B$ g! G
* x- I; L, x1 X' [5 S8 K3 A
; B  Z5 k: n: X3 I4 W" v& w6 J) R% r
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
- _  f8 T9 f& f6 b
: F( ]- P. ]& C  r7 i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。  z/ W, ]- M2 x% t% h1 M
( X3 f, ~# i( u, H1 @) H* T2 K
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。: T% y& b: U1 v) E- r

. N  _5 v' u0 j( b$ p9 M; |8 y6 V9 ?% e
( `* |1 y3 m; v/ \: n+ }' a
+ c6 h# t* k+ j0 b7 v& V
城市菜园可解决占用耕地和新鲜果蔬问题,但需要电力1 y& F* R. V2 W1 i" ]

, O2 O3 _, i# B/ Z$ \: D4 ~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。
, _/ S8 ^5 s4 Z
" Z* z; {8 R& k1 M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。
6 b( _, b4 J9 r" M# R7 Q) k2 F& \& N) ?
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) i/ i9 `1 S0 ]9 ], k/ S- v
, D7 U" s5 G/ J; c) [  D1 u' b, M

; y( b5 o6 X+ A, 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
% \! R0 |( s1 I. d! L3 u7 j+ N
; U" K* n+ {2 v& L" f" e2 T* n3 }- J8 w: F
废弃的地下坑道适当加固、防漏后,也可以作为地下储水池/ h1 a  y7 d4 t$ x6 X$ ], p

8 }* B' r7 {$ z5 k% B) O1 T6 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。- H. t' {! z7 H) S1 o
- N" V1 e$ j6 I; ?% Z  x; T

8 O4 L# Q- S3 [, X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 s- ]# z1 D$ g
2 f7 F/ Y( o9 {* @( V, Z
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。
9 `2 N( ?2 m/ x+ ^+ q9 t' d0 S5 a% u2 K7 o, T+ s8 B
此外,就需要一点歪门邪道了。  A# I& O: y6 J! ^' e4 T9 ?
+ r0 P/ N/ s3 O) P* K" o2 {) R

) A0 l* ^: k* [3 l- d( J- n( b" k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
' h0 b' ?$ P7 V6 L* U& t- C" I9 m1 U2 p- k4 P; s* I, T
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。
+ l: ^2 K- @) n9 Z
" c+ J8 F7 h! U4 Q3 b: I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" X5 G. q* n  b) y0 l& g. K' A. n
& N5 X) @. u1 K( ~. b
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。
8 q- |: Z" T6 X$ j" a3 B) X- E1 I' Z4 i6 {  F7 I* R0 z6 @; 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。/ |& W1 o! H: J, `/ G& u. a( N9 n

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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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    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
    $ G, n" y# {. ]! {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 ...
    % B6 {' h2 o7 d- Q+ x% Y6 S4 V
    氢能在制氢、储氢、运输等关键问题解决之前,无法成为主流。" d! J1 J8 n: ~- u6 w3 H' [7 F
    . C7 ~7 b1 F0 j1 l2 @/ ]) ]
    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
    . R: ]* ?, ?3 B; j' a0 g6 @9 O! }答案现成的, 电车。
    3 Y; u6 p- X6 `$ ]: |" E
    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
    % H' j. L. ?6 X* L; `' f
    晨枫 发表于 2021-3-20 10:15) Z6 G( l/ {; @# M! v4 ~! 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。8 F* a9 P* d, q% W
    ' w* n6 H. k! s3 u
    由于耕地和能量密度的关系,生物能也难以成 ...
    1 @+ ?, Q: I6 J: h
    ( M1 E+ B' \2 P0 H% P5 n7 e7 s) ]
    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
    - b1 G/ F3 p4 R( P. D6 s$ Q不行。电车正好是反循环的,充电是在发电低谷。
      C; v& {9 N  o- h; ]2 V6 S2 ^  E/ N/ N. O
    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
    1 S) U. D3 k: Z, d/ V4 d6 D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 ...
    3 D# b. [4 T) v$ C" `) g, d
    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
    , z+ a+ L8 F5 I/ q& K9 J不是, 其实车绝大多数情况都是静止不动的,都可以充电。
    8 d# K& r+ X( R9 M5 O3 V. Z7 q% Y
    * p* ]+ S+ s' o  x/ o9 ^/ 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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    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
    * l# Y6 a  H' L" W5 u# \  ~. i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 ...

    & O/ A1 e- b/ N$ }) {4 w4 Q- l# X1 B6 r. y' s
    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
  • 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 11:04
      M9 j+ t1 Q2 y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。 ...

    # z1 ?& b6 _! q
    0 j1 c! F( A0 Y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$ X' |# t2 H; V
    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。 ...

    * ~( K2 _2 u  n4 P7 U% J' m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
    ' V9 l3 Q$ }- O  \& }# M# Q  p, R, f
    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( `8 O4 J

    ) N3 r! s+ f5 b% O2 _5 J7 ~+ B2 n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)0 k" V& g; `7 x3 \! ^9 |

    % ~9 P& }* U6 ^# ?+ H0 {  O- a主要参数:
    ' D7 T( Y" A6 {" T供能指标:10兆瓦
    # ^# {/ Z/ r& @; t" e& w, Q秤砣 500吨,总重12000吨(24个)
    ) `5 d$ Q9 N6 W4 O井深 800米3 V7 U+ R( K6 ~# u$ S7 Q/ `& Y* N9 Z; E) ~
    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  B, |: Z9 E7 C) N. `" I
    使用年限:50年$ u" k! Q- X4 w% X6 K6 O0 v+ {' U

    # ?$ C8 i  l% B我按瓦特的定义算了一下,g直接用了10
    / q% {$ h+ h# I4 _' `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 F& J. o. i! r$ C* L, H2 w
    ; x- `& @4 ?. p0 R1 S4 Q+ u1 i9 P# e3 K
    7 y5 i7 }1 i9 `- x1 K/ y9 w下面两篇报道的都是这个项目$ [& Q8 b) N  Z
    1 M& J4 _* A' U

    : E# T1 n4 p9 s( a) f9 Thttps://www.theguardian.com/envi ... re-renewable-energy
    & i1 A& A& I1 @. P9 l$ ?9 |/ B
    3 A+ X, H) _6 l  Lhttps://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
    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。。。" w$ n$ c5 W$ F* c, \

      ~/ o4 m# z& g- Q! `刚刚上了一个项目:江苏金坛。* [1 V; P- o$ H9 g* g
    http://jsnews.jschina.com.cn/cz/a/202008/t20200819_2613646.shtml* P& E3 i  V" A# f, a
    " G. O- C' l2 k
    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& k* N: C" {7 B6 \
    风光以后的废弃处理也是个糟心事

    , T5 K1 q* X4 P) u( u6 `& ]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 07:076 [0 X$ x: ]& t( h/ W
    压缩气体储能。。。- }% z+ Z3 E( @7 I) r( A. }

    1 x0 u% B5 U% l# Y8 ~0 B2 y0 w9 o刚刚上了一个项目:江苏金坛。
    . ~' O  {! V. {" i8 y
    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
    # H! f" S4 g, _0 V. c5 A& n5 h
    石工 发表于 2021-3-20 06:341 u. ^. p. p0 C- n. v/ S! s
    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。
    % M7 {1 @, H7 u  o( m/ w! J
    : N( E6 H' `3 r' U$ t5 s中国北方采煤 ...
    6 I  ]5 C1 ^& A$ l$ f8 w
    5 L  Q# B: Z, ]( X4 Z6 n) @& J8 F
    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。- r, p1 Z# s( u9 a+ b" \' l! _

    ! p0 i1 r" K: d% _$ G6 @! p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 ; r5 [+ j/ A1 P( C  \0 N
    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,

    # ]: [+ n' o. {& D! q4 n% Q8 ~+ H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。0 i0 @3 P) C8 v. l: H3 g7 C  G
    感觉这是一个永动机式的好办法呀,只要搅合两下就行了。. M9 W: R; F) K9 \
    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
    # A  g! q2 N5 [# ?( G
    晨枫 发表于 2021-3-20 21:56
    . H% A* S- a3 F& g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 @' m( r, G3 \, ~( B& [* `

    " Z, h4 f8 @$ Z( Z  u2 ?( ]# Lhttps://gravitricity.com/projects/4 Z: M2 R/ D( q& E/ h- ^& s' X
    ) L' \' y+ {# f) j9 j- K

    7 ?* b5 E  b5 m; ]; B1 I2 H. |
    1 |; j* u( t8 o' a9 ?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。/ V+ w5 j2 t8 h0 g( r7 B
    9 ~, s5 s1 B8 g9 s7 P
    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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