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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 3 K9 @# D6 L& `) z. l7 @4 b4 C! ^5 v

- y7 t4 [3 ^! I  Q0 }" ~4 i7 }
% p. z- t) `4 ~2 \8 H
; X6 z  h: O, \# Q9 i8 k& b. r8 a9 a" S$ y, \
- j1 ]7 g. v" m# O, F4 z' G9 ?& u
+ {8 P* L. m; X
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 q5 J5 p0 h6 {  @* x# V; T, ]$ u1 |3 u3 b5 m
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。2 V: o3 v. Z+ p( J: t' K, i
$ z2 z5 d& A8 o6 N2 d- \
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。
4 Q, V, w5 n$ o' `. A: u0 t0 z- e! D' N- N7 i5 D- ?* C

5 {* Y! D0 ]. s/ ^/ @$ s& a+ K4 w# Y5 M$ q, b( {

) c6 f: C: @) J: D' _! c( T" T) n城市菜园可解决占用耕地和新鲜果蔬问题,但需要电力
! w% G  E6 y; O" a6 M3 B8 s- p* \  j5 K
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。4 W. l9 O, X" }$ X# _' D7 p1 Y

3 j3 j7 `# N% r4 B  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。& J* j4 A5 Y" B- d7 J- ~

5 M) d6 w  d0 d, {0 Y: c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。
8 j# S$ l- s: y8 I" Q" X5 |# D4 ?1 @! A5 B6 J3 X" P
: {2 P( q1 ~% n1 E7 C
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. o7 V4 Q1 c/ s/ I9 \

! }1 p6 A; i* h0 H7 b
) G3 X$ c" x# x  P2 X8 a/ E0 |8 g2 q废弃的地下坑道适当加固、防漏后,也可以作为地下储水池
% f/ P$ p( w! `% A$ d+ a8 ^3 o' z' M: N( e( s  i+ ^
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。
8 z1 h0 b$ P+ G! |$ B" \
! p4 G! X! A( C& W3 f& j4 K9 U1 E! R; k; h8 F
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
+ Y1 T+ Q) f& `& F) Q& j$ U) B4 o6 c2 [8 _# ?4 ~9 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。$ D2 n1 t) e7 p1 G% K# z

) o% r6 i# r7 r此外,就需要一点歪门邪道了。% K, t5 ]$ t0 Z( v* {

& q) |3 Y9 a$ Q' x2 N" w6 R" M& ^! j  G% W7 p
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) u# S' l; c6 H4 B4 |
5 g) @8 w' B% V6 J. 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。, [- W9 _1 J; N+ j
# q- y6 p5 t7 Z$ z1 ?
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。2 y/ j+ W9 h9 E# ^" u

! ]6 a# h3 Y; W6 R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。
+ M3 p. Z# C2 [) c" ~  D3 W  U2 b0 ]8 Z' L: N3 E) U, S  ~
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# d) V/ C3 X

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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。

    点评

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    给力: 5
      发表于 2021-3-20 22:34
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  • TA的每日心情
    慵懒
    昨天 11:36
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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?

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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* H! j9 q/ K; r, r" k& B
    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 ...

    . y* q- a9 Q, \( m2 ]$ ]氢能在制氢、储氢、运输等关键问题解决之前,无法成为主流。
    2 h3 [7 O% y, Y9 |! q* y0 L# h4 k/ R
    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% o0 J9 ]7 O1 s, P9 |: u
    答案现成的, 电车。
    - r# O& C/ R! H5 [. ^5 N$ g
    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
    昨天 11:36
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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 E  c4 O( D, V. @& q( \. @  N
    晨枫 发表于 2021-3-20 10:151 C7 ]8 m, X4 ~( \
    氢能在制氢、储氢、运输等关键问题解决之前,无法成为主流。/ x3 b- I, @. w% N# ]  r: d5 K; R6 z

    * I+ y# h/ C% Q* Z由于耕地和能量密度的关系,生物能也难以成 ...

    . j: R) B. E8 S  ^0 g7 ]6 M' M0 C& [9 E9 J. C" P& A) D7 ?
    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
    * F1 E- r. J7 Z不行。电车正好是反循环的,充电是在发电低谷。

    1 z9 @$ L8 p) N1 Z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( B# [- w1 w  V5 ?0 z& Q. K
    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 ...
    # g4 o/ ~- d2 L
    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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    9#
     楼主| 发表于 2021-3-20 11:04:57 | 只看该作者
    semtex 发表于 2021-3-19 20:329 ?) Z% h5 t4 b8 h9 R" R, ^
    不是, 其实车绝大多数情况都是静止不动的,都可以充电。
    5 H& n% }( {6 K: k7 n0 J: u
    2 D9 `& q- l; F9 x- O' W
    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  C9 ~7 j. g! @
    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 ...

    / L, D3 R: S5 c; `: y" @" H, z3 H0 f3 Z5 w
    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& v9 _- x  o0 n$ I6 G1 Y- u9 R# w! ]
    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。 ...

    # `$ F* t* t- x* y2 J5 x% s* h/ q6 }$ I: N( t
    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: 2177 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 11:544 D  K1 |  [4 m) e! ?4 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。 ...
    ; Y  T- p7 w( z0 Q
    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
    - v0 M1 J) H: Y, G5 a& _
    $ o* W, \2 J3 o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 m0 [9 E" g$ X" `* q- D
    + w- j" _9 z4 V; ~8 I0 \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)
    & {* c( a" s# O7 A# K) Z* [) C. c: r! j' U+ H
    主要参数:7 i" }: B3 T, ]* r( H: j  ^
    供能指标:10兆瓦, U; v$ {/ Q& g: }* }
    秤砣 500吨,总重12000吨(24个)* T- G- M' F  g# \4 b/ q
    井深 800米8 R( J7 v" u9 v
    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
      t% K' {) o, [1 @# Y8 r使用年限:50年4 Y2 u0 M+ A- v

    : V( t) R0 v3 k3 m/ ]我按瓦特的定义算了一下,g直接用了10
    5 `# j# y2 ]- X, T12,000,000*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。; G* `, X0 R, g1 ~; ]& A! j+ M" m

      W; Z) }# C7 b* {. \6 D! m- ?3 r" p# ~2 x5 x7 L/ n  v7 \/ r
    下面两篇报道的都是这个项目
    $ I8 B$ @0 Q8 K7 s
    8 K5 r: m5 t* z5 _0 Z
    , Y' Z2 Y2 C6 M$ |/ [6 l; K7 C% `https://www.theguardian.com/envi ... re-renewable-energy
    ! T, x! J8 ^/ Z  s
    : l3 Y. S9 e9 M4 |& x9 Y' B; |https://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
    2025-10-20 01:43
  • 签到天数: 3171 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 d3 b# x, S$ s  O, @' h
    : v; z& ]& ?' O刚刚上了一个项目:江苏金坛。
    ) k: o; w" y  b+ whttp://jsnews.jschina.com.cn/cz/a/202008/t20200819_2613646.shtml3 ?. M# Q9 i9 o$ \2 O% I4 D

    & m# J' b* o9 c6 D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
    + K5 P$ n% Z0 Z) w风光以后的废弃处理也是个糟心事
    % F  F0 R! L* N  b
    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
    * Y, Y3 g+ x' M& O压缩气体储能。。。
    1 N* r5 j  \( S$ w& @4 B/ K9 Q: f+ y
    刚刚上了一个项目:江苏金坛。

    7 Q- a6 g' ]3 u0 d  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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    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 ' I# n! m9 I) L- p: h( O
    石工 发表于 2021-3-20 06:34
    5 x6 k( @3 Z/ z* V" P- 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。8 V# W9 \1 z; C6 D+ R3 v: e4 n

    . r' {1 K3 [& ^中国北方采煤 ...
    * S5 [" M: u; ~5 h' Z  v

    + ?: {0 R, |  \1 A% ^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。- o0 i! M! b. l5 Q# F$ p7 V
    ( P9 E0 d; Y9 O# ~) O8 Q( Z& _
    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 2 X0 Z! x4 q& V9 \& X2 S4 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 _+ U, x# i- ~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。( F; U' _( q7 w* W$ l, I- E( B( 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。4 ?" H8 v: \2 K; i
    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 9 A# a. U$ Q$ z3 F
    晨枫 发表于 2021-3-20 21:568 g9 V+ o9 t% R4 H+ V% J! r2 z2 M& 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 ...
    ) M6 Q# y. B: G" Q. o* C7 c. S: K
    1 K% m$ n( e, @
    https://gravitricity.com/projects/
    & @. z, \+ G& O4 d) Z8 B
    ) N- F: b8 U; `
    6 E* j3 R& {% w' p! k3 h6 h) v
    0 q# u/ F- b1 V; Y& [! k' ]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。
    + t6 @8 T+ ]" D% F0 H" N5 q: A& z  l" f
    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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