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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 ( D7 h; c; j! o6 d& }

- O6 e; S* J2 ^% u  b  L+ S% Z' g% c) D% C% P) J( m

: a! k/ h2 z* L* B# ~  U8 ?% Q2 i3 k. R" }" T/ E. ?& H

' ^; s# w* c0 F0 ?# ]0 ]5 N8 }4 J, {8 I: ~& ~8 [4 k
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
* J6 B5 ~- Z1 Y3 L
1 B, r! }# H) Y0 U, a3 t) P- G8 |( a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。
+ \( ]6 s2 F: _" v% B# J
6 D) j0 N$ v' R; r1 S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。
: J( d. j1 W4 C2 N, T* T* M; _* d: b- t8 J" K5 [( [3 K
; G  u  k4 }1 y6 G- h1 I! |
# i5 F0 {- G! \! E( c7 V
0 h2 H5 h  @4 b7 K( C4 ^
城市菜园可解决占用耕地和新鲜果蔬问题,但需要电力/ W9 F8 W0 }2 w  c
0 w+ L' I- D  S/ v2 V
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。
9 f& u5 g+ Y# N2 z: `' ?  m- b
/ T* ^9 y) p% `9 W& l/ |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。, Q. v. j3 r3 W5 b

$ j* }$ x( W  _; g8 L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。0 m/ K! r7 p7 F2 @4 }7 I0 J

  T+ @2 l. Z6 g- @
& I" F6 X2 G) A# {2 ]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 x4 g# O" w" _. s
/ R5 C9 L1 c$ e' {& n# d2 N/ D4 s0 N

- `: k6 `4 Y$ g& _' E废弃的地下坑道适当加固、防漏后,也可以作为地下储水池
9 Y2 M3 Y& r# M( d. c7 c6 C  @) e, 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。, z: U9 b/ |( x2 A' M& m

7 C7 R# C( f! V0 J/ {; x3 l) F
5 p( N5 s7 G2 l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3 s" e5 G6 E, K+ k( v. M
% d& B- C" Q) W5 J/ ^
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。
& X& A+ k3 P7 w( Z0 \, |- N/ ~
8 x) @" W; _5 ]0 S/ i  B( V- R  T此外,就需要一点歪门邪道了。, g/ m( N: S" ?' s% g
/ W! x8 K  X. j  Q4 M/ O1 a( n' _9 I
$ i5 [4 Q8 F/ w* }4 f4 @
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 ^0 @5 o& U* h- ~) A
' D7 W' }2 P! Y$ r
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 q' R$ v. n4 V4 o( Q% J! c
6 e( V- y" a5 v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。
( o+ y' q1 ]! l
& X/ a* C% L0 e! a9 c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。3 _* c9 E5 {) V# S2 S  ~1 ^

8 T( ^7 c& e$ B3 B; l; ?, O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。$ z5 C6 j' b+ H+ M- B

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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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    给力: 5.0
    给力: 5
      发表于 2021-3-20 22:34
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  • TA的每日心情
    慵懒
    2026-7-1 03:12
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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 20:10/ E0 X# A4 F8 G) z# ~! Z& s
    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 ...

    : E' J$ ^  a# x6 z2 I! l2 Z2 V& 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。
    4 i% B8 q* r" M8 H9 @& Z  U
    2 L0 I0 u% Z7 r/ i1 k9 l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# z8 V) Q" j4 B4 G
    答案现成的, 电车。

    + L8 B. K5 m" Q5 u/ Y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
    2026-7-1 03:12
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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 ' j# a& P8 E1 F2 x
    晨枫 发表于 2021-3-20 10:15& T" y9 u- S6 ]$ g2 ]( b2 W0 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。. O/ |0 t, V4 g/ H8 r

    7 g) Q3 a: _* N% R+ U( H7 I由于耕地和能量密度的关系,生物能也难以成 ...

    , x% g9 t8 N+ t, |: F$ t6 z+ q& n( @- g1 _! ?9 U6 y+ ]
    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
  • 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, o+ T; a/ D: d2 @
    不行。电车正好是反循环的,充电是在发电低谷。

    , R8 y' b6 ?1 K( a: j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
    8 [0 m& t* ]! M$ L! 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 ...

    $ Q9 v- ?' ~% V' F7 ~9 k% r+ {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
    ! o3 I6 E% v7 C) h" s* a  x不是, 其实车绝大多数情况都是静止不动的,都可以充电。
    . O: J% p. J2 c- q' x. l$ U

    7 H2 O) U" I2 T/ B9 B' K/ k$ E2 g( |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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    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
    * S2 G" q  E# ]- O; k1 q+ }) a+ x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 ...
    4 Q) I4 r) r- F" V
    6 q6 @1 l  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
    # ~4 }( V. F/ x+ d3 F4 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。 ...
    ( M( U! Z' \) U$ u

    $ s7 k4 v$ B, ?2 i. O6 Q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
    2026-6-27 09:25
  • 签到天数: 2303 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
    6 d  h" F& _" }7 F0 p) q/ H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。 ...
    , C: r3 T3 b1 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
    ! z( D; _# n0 x1 K  H5 H  C/ a2 w1 F* z
    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。2 a/ F; u7 ~& Q* }( W- `
    7 Q$ t/ p) R6 ]# p
    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)
    $ d0 D; a- P. Z, G2 w  H- d9 |8 W( R" \0 d2 Q! A
    主要参数:2 p1 u. N& a% q) h' e" ^5 i7 H
    供能指标:10兆瓦
    ! H; C) X6 H, K4 t秤砣 500吨,总重12000吨(24个)' w2 T5 A  z: |% a7 L" m
    井深 800米* o; T+ x& x% j" L9 I' n: }& S
    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: j/ g& J1 j2 s/ s
    使用年限:50年
    0 U* o! ?0 N* W  k
    , M% C3 L) r0 V0 e5 ~6 L我按瓦特的定义算了一下,g直接用了10
    2 N* N& Y2 }8 B  y' U& X12,000,000*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。* \# @$ C. d2 W6 c
    * O  R' y  K1 w/ K' n, J  v
    1 N0 t& j3 L" X$ A+ b7 b" U8 Y
    下面两篇报道的都是这个项目
    ; b( ?3 g# ?$ w4 U) F! {. ~' U' x) [; F+ S8 q
    / f1 d% z. L) B& t& w
    https://www.theguardian.com/envi ... re-renewable-energy( C, ]: ^% K, `$ D; m) \1 I2 r: ^
    . Z. c1 v' G- p  E$ K
    https://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
    16 小时前
  • 签到天数: 3387 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。。。
    8 |# [0 Z( V9 D3 @: q8 W. Q8 ^  I! N# v
    刚刚上了一个项目:江苏金坛。
    2 W5 l- V( d& _/ T" V# L% F3 Dhttp://jsnews.jschina.com.cn/cz/a/202008/t20200819_2613646.shtml& ^! l( g9 I" R5 `) a0 k

    8 O% h6 |, A& n: K8 C+ 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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    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 02:581 V) G0 k& n4 |# r) l- }
    风光以后的废弃处理也是个糟心事
    0 \9 e( D+ w* B' \$ q6 Z# w! F
    比核电还是要容易得多
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    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 07:079 F. B; M7 ~1 o
    压缩气体储能。。。* `! }1 ]7 M, M

    ( W" w0 C( N( e5 q+ O8 V刚刚上了一个项目:江苏金坛。
    . l# `: K3 Q6 u6 F3 m
    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
      b2 [  c8 f1 p  }
    石工 发表于 2021-3-20 06:34
    4 B7 t; p8 W3 t& 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 ]- f% t( Q# Z5 n. K7 \) F9 p

    4 L1 z7 U0 e% e- ^/ z- m) u中国北方采煤 ...
    9 I8 }* ~! g" {5 b+ e7 n2 k: R1 H) h2 m
    $ M; ^! q) d5 T  R
    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。& }, ^$ Y! a: W" Q% d
      _6 R! ^+ N" F* c5 x1 s
    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
    % J* M) ^) b2 h+ \: s
    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,
    + O7 s2 [$ |) }% {
    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。% g* j' S. @) U6 i* ~8 r+ 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。; s2 ?! t3 w1 v) c, T4 d& B
    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
    % X) @" \6 q* n( K- V7 M% k
    晨枫 发表于 2021-3-20 21:56
    7 L$ n, O3 \2 M# t( O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 ...
    4 l1 }7 e$ K7 h. V9 j  S  |
    5 q/ Z, [, M; @
    https://gravitricity.com/projects/' r6 f5 d6 [& X. ?5 a
    . |; e  K, z3 v! r- `( G; g
    " D: F3 o0 _5 A) _! G) p& O4 d, {8 h
    ' U& s  R7 s# m; P% Y4 Y9 V& V2 S) x
    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。" g1 p8 l* J" ]6 L; z4 h- V
    . W# {3 z/ V' i! ^4 E3 k+ z
    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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