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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 & X( W; x7 l. o, |% E3 G

; v- D1 \7 Z' t; E
9 S* J9 f& F( Y2 l" \
, I  j) }8 q, @. _
1 @. c2 m/ P  Q6 h" w3 W' p$ y/ t2 Q' o; d. n: u  f

1 K2 D; g; P* Q' C8 Q7 p5 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) d, c5 F% S% a8 E+ T
* X: D; o+ n+ x/ L  q
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。
8 Q7 V( B9 O8 }4 Y+ u$ C& M& `
9 L: s! S' v/ M  V) E% J6 P$ v- 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。) W. D; U- ?& P6 z1 d* O" J

$ }! D6 O+ G" i4 t2 k) @9 F' n  J6 \# {' m7 m. F8 z  \& b0 U
1 h; k4 Z+ g& c6 f! m$ a; f

  t& W: J0 C# G' q6 I城市菜园可解决占用耕地和新鲜果蔬问题,但需要电力
* f' v' T, p5 r3 l8 S% g- [4 c; q# X$ k6 B  o8 _4 @4 l9 U
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。: q! _/ {4 A/ X
  D; F$ _/ b' o
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。  y4 y( R/ A& M8 Z1 n$ x
8 s% a! x- L' y" r5 X
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。
! ?3 d& T; F4 Q" q5 t# I4 h& Y, t' Z) F, S8 x

$ y0 [5 X6 {6 n* Q: o0 S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0 `6 ]: L/ s% O7 w  J( q
" f. m/ m2 C" Q3 ^& k5 ~5 H
; ?. m: g% J$ P
废弃的地下坑道适当加固、防漏后,也可以作为地下储水池2 y6 h6 J( P* q6 V% z. `- \
9 i2 R) d2 e" E1 a
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。% N' A" `$ f: X& C, d
1 m( U3 B8 W( s4 y
7 U9 d7 [# Z6 |0 F( B
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 u0 [/ T  o
6 M" ~" B) o8 z) T
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。
7 n/ G* C* u7 V- S5 v7 I
$ {: S$ d' A- P$ W; i  s此外,就需要一点歪门邪道了。
* [8 f! y2 b( z% `, N! d- k* M0 i( ^: D- o
4 v2 q6 q* |+ H+ C8 H
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% A& ?' H5 \6 c4 H5 b4 X& @
0 W% D8 Z  h; U, m% |
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。
1 f# I3 @! f# h2 j* g. {. }) F/ ~8 e" i: E# g, B' S' 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。4 @, W$ E- E0 Y# n4 Q# V# a2 P6 W0 r: n
6 P' G  F+ _, W# T
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。
$ ]1 D+ T8 |5 u5 z" B3 d" a# _- c' J; S/ g7 O; z
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。& A- ^8 K5 Z# y" Q% |

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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
    2025-9-24 10:53
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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
    , i4 h; X9 X1 @, D/ E( |( S, I2 `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 `* B1 Z& h! e8 n! ]( {1 W# Q
    氢能在制氢、储氢、运输等关键问题解决之前,无法成为主流。
    1 ]  U5 e( G! Y8 t  e# U, W6 d+ {; H1 b; _; M/ J% h
    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
    5 q$ [9 I( g" a1 S) j" C答案现成的, 电车。
    - z: f1 P; z1 o
    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
    2025-9-24 10:53
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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
    / L+ r9 e. G6 k
    晨枫 发表于 2021-3-20 10:153 K  E2 Z; C& r4 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。
    5 R5 R8 y. q5 G0 y5 E
    * h" s4 f: Q# W由于耕地和能量密度的关系,生物能也难以成 ...
    ' _" f; Q4 F; s8 Q% w( W

    5 Y1 Z5 A8 C9 R% }7 z1 X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 10:161 R! z  q/ O! c5 k
    不行。电车正好是反循环的,充电是在发电低谷。

    % K% r, Y; C8 b" N1 L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 20:31
    - s  x9 n9 V+ I' l2 O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 ...
    : e* F& \6 n) {2 k' 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。
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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+ t. Y2 k1 r2 m7 s不是, 其实车绝大多数情况都是静止不动的,都可以充电。
    & T4 r, E: P8 Z- R9 Q8 ~5 I
    2 x4 N, W) W; N! P3 @5 r% l* H: V( f
    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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    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 ^, S* @& V3 z! H8 X5 p
    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 ...

    ( _- E9 F: S& f! \5 a/ z5 J3 ^- X' R7 c: x6 i1 M. u' 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
  • 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  u# C+ W& j3 x
    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。 ...

      ?/ ?  g0 R2 K0 R- ^. g8 J$ U) ^. H- _# i
    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
    4 天前
  • 签到天数: 2165 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 11:54; G8 S: w& p/ l7 g% A. 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。 ...
    3 O8 }  {# T9 z9 T8 T/ Q: W( c
    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
    $ A+ d3 \& s: c+ _. d3 r8 U5 M% w7 b' O" J5 n) J7 U
    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 A( D+ ^$ `6 h, [6 w0 f2 d0 k, n% X8 O6 a" g
    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)
    & r: o2 |7 h) L1 V. {3 {! r8 M) s+ [0 D3 S6 Q1 @5 a
    主要参数:
    2 K# f" c  M0 ~' q供能指标:10兆瓦
    ) X  Y& c% ^) p0 A( q; d: z秤砣 500吨,总重12000吨(24个)
    7 N2 g4 W  w" x9 n* C. B井深 800米
    + N& @4 ]) d$ }  q4 H( V1 I2 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
    1 e$ F  F' P. e" g! @/ }) d使用年限:50年( p' I5 L$ l" e- |: i4 m' S0 R! e
      `- N$ e0 \1 ~, J3 |2 U  ~
    我按瓦特的定义算了一下,g直接用了10% r. l" J8 p) {* J" V' w6 N
    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。- ~7 W$ u" S+ |: o- V
    " `8 ?6 }5 f) G# b$ g

    0 X% }* K. T2 K5 }下面两篇报道的都是这个项目
    * h. \3 W9 c/ i' n( @7 M+ ^( z2 r2 z

    - F( Q- |& y3 `6 V7 @. D( r9 D2 qhttps://www.theguardian.com/envi ... re-renewable-energy% ]2 f/ |* o0 O& i$ I4 v

    5 ^$ f! o( h& `9 j7 A( n6 K0 x* Hhttps://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
    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。。。
    1 B6 |, n9 m0 }* D) x0 l1 G9 H6 m# U5 n3 w& j$ O) ?
    刚刚上了一个项目:江苏金坛。( E& R/ W9 p9 k
    http://jsnews.jschina.com.cn/cz/a/202008/t20200819_2613646.shtml
    ; |+ }# g; N: c- q0 e6 \) Q; ?; h& ^+ k9 L2 n! ^
    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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    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# n- L, u( T& z/ a7 k
    风光以后的废弃处理也是个糟心事
      J8 n- ^' R" i
    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
    ; A# o! w* Y6 t7 ~( q压缩气体储能。。。4 _! v+ c) X! u9 C' H" z/ A

      l4 q0 O2 N- T3 v. }: t: J' n& V  Q刚刚上了一个项目:江苏金坛。
    & O+ D9 {9 a3 v% w( U
    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 8 I0 ]  L/ C+ e
    石工 发表于 2021-3-20 06:34
    9 K0 L9 N4 h0 ^! J" o% U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 ?4 i" \2 j6 M) Y4 U/ W: t4 d( x$ Z5 t  Y9 @- ^" _
    中国北方采煤 ...

    , u3 V$ U* C% z7 t
    ; S  |; |* t1 ^0 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。
    ) X8 H" R" f. g! F& e* l
    5 a; ?+ o( L. q+ s4 H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
    * p: v9 w/ Y& c; ~8 Y3 e
    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,

    ; S- H/ G( d% W! I8 _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  G$ o8 S% {! Q4 n感觉这是一个永动机式的好办法呀,只要搅合两下就行了。
    , R! ]3 D8 \- ?! Z% q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 6 T* l7 F. b: }
    晨枫 发表于 2021-3-20 21:563 E1 v% L9 q6 Q3 O1 e
    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 ...

    + \) l7 o- X# o5 r" l* ], L1 J3 v* X
    https://gravitricity.com/projects/2 U) a5 s9 E  f/ M4 H9 o

    6 @. [+ ~# w& @, _
    . ?& O; }- o& O- z! w
    / _9 {8 {/ }2 e& Y0 W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。! @0 X- H) \. x# @& f
    ( x: c' w) \) W3 ?& R0 H
    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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