新能源发展的瓶颈：储能

晨枫

- B. M% T4 S( P7 R9 X# W0 U) v
8 |. S2 `( m! b+ g. X4 y
: r- E2 a1 Y5 {' z

7 i5 ^, s$ V" M& K* V/ _) Y3 y
: l- t8 H) H9 @1 z& ^+ i1 H0 p5 k# c
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

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。

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。

% }0 H$ K6 y* v1 k0 t+ \9 `
) C* Q) @* n( l( i3 j1 X

" _) ~% {8 U" y% A7 {) v% M) B/ p4 G城市菜园可解决占用耕地和新鲜果蔬问题，但需要电力

* \. w; z! w  b4 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。
; H& R  j2 z7 ~& Y- U
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。

, r& o, U2 i$ T3 d$ C: O# b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。

7 x2 u- @1 p/ o9 i: B
2 C) h/ S; n0 Z) U$ 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


废弃的地下坑道适当加固、防漏后，也可以作为地下储水池

5 H, W! U3 h1 W) {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。
# k2 I! v2 X  C: T
0 p2 J  G2 ]3 D
' |8 G& c6 A4 z1 f, e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 l4 j& j! M! v
! B: q2 n- q( m7 a( I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。

6 X, ~5 B% j* }! r- A6 g/ ?- q& K/ Q此外，就需要一点歪门邪道了。
& R, o: P- @# R$ q7 O; G
# P7 \% T) T( W2 ]6 W" l
& F! F, V! K/ w& i0 @& i; d% I9 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
6 z* M) Y# y) @
" w; s) i* Q% i5 I& K1 b/ h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。
/ \% o- |5 S* q' t  T/ I
) S* ?4 e1 {/ [! 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。

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。

% I6 f0 \  S$ a; i8 `/ r7 C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。
: W2 j6 _- ~# w$ G

semtex

答案现成的， 电车。

嘉洲

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？

晨枫

嘉洲 发表于 2021-3-19 20:10
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 ...

氢能在制氢、储氢、运输等关键问题解决之前，无法成为主流。

由于耕地和能量密度的关系，生物能也难以成为主流。

晨枫

semtex 发表于 2021-3-19 19:48
' p4 c/ V% V( J' X4 O答案现成的， 电车。

不行。电车正好是反循环的，充电是在发电低谷。

嘉洲

晨枫 发表于 2021-3-20 10:15
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* X9 N, f% m由于耕地和能量密度的关系，生物能也难以成 ...

. _, q, Y6 z/ K1 g) 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…

semtex

晨枫 发表于 2021-3-20 10:16
不行。电车正好是反循环的，充电是在发电低谷。

不是， 其实车绝大多数情况都是静止不动的，都可以充电。

晨枫

嘉洲 发表于 2021-3-19 20:31
# u$ ?- \# W, c9 c5 ^6 B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 ...

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。

晨枫

semtex 发表于 2021-3-19 20:32
/ o; g% ]$ G8 P不是， 其实车绝大多数情况都是静止不动的，都可以充电。

8 J* P+ I" G1 g, I$ Q6 ~
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。

drknight

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

晨枫

drknight 发表于 2021-3-19 21:45
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 ...

5 V# c; U* e' y, \# a8 g
( F; m, x5 |1 y; 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。

semtex

晨枫 发表于 2021-3-20 11:04
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。 ...

1 {' L( Y, w* T. R; W' v) U
" y4 M/ a( W9 O, y9 u6 D+ F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）。

常挨揍

晨枫 发表于 2021-3-20 11:54
- S3 b8 a3 |& O! ], n4 o/ v; i1 J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。 ...

4 B( p) X5 B- s- O风光以后的废弃处理也是个糟心事

石工

% r8 R  F6 v3 e
6 o8 C" v$ ?. n+ s9 T4 V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。
7 T3 U8 c) R  |/ z
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）
4 z4 g6 Q+ J. X! @1 X( J7 M
主要参数：
' @: R" \/ s' K5 |* ^6 \  A* v供能指标：10兆瓦
* c& o, d: ~/ k& q) ]: V2 s6 S4 c秤砣 500吨，总重12000吨（24个）
, {. J8 k' m$ \$ f) T井深 800米
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
9 S& C, A) I+ p4 U使用年限：50年
  C9 I+ L& m3 |* ^2 |
我按瓦特的定义算了一下，g直接用了10
' g. G3 U. R$ z$ t8 s  F; A7 C12,000,000*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。
0 O5 C; O, p' X8 \3 k$ p: d
& ]9 k+ A6 ^# j6 W& v
+ e5 H# b# C3 N# A下面两篇报道的都是这个项目
+ i. I; G3 F5 n; t, c5 B: A2 A) O
8 N5 y! O) P/ x' h1 V
  S  J% E& g: Mhttps://www.theguardian.com/envi ... re-renewable-energy
2 Y1 N! g! b) q( N' x5 D" x
https://createdigital.org.au/old ... ble-energy-storage/

赫然

压缩气体储能。。。

刚刚上了一个项目：江苏金坛。
9 v. Z4 @$ ]; i- ehttp://jsnews.jschina.com.cn/cz/a/202008/t20200819_2613646.shtml

9 B5 _: U+ W0 a4 U9 v. h' C美国九十年代搞过一个，后来放弃了。江苏这个还要观察。

晨枫

常挨揍 发表于 2021-3-20 02:58
风光以后的废弃处理也是个糟心事

2 ]' i- Z. x9 d- H- B: k) D  o比核电还是要容易得多

晨枫

赫然 发表于 2021-3-20 07:07
压缩气体储能。。。
6 f9 c9 C. B& l9 r0 O0 Q
9 \0 ]; x, Z9 X4 S9 O1 r刚刚上了一个项目：江苏金坛。

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。

晨枫

石工 发表于 2021-3-20 06:34
) l7 k; ~1 p4 N# Q' S; L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。

中国北方采煤 ...

6 T( G% P9 [8 @: 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。

2 W/ P& f0 x8 H1 M造起来了吗？

晨池

  B& _, n0 I! |, `9 V+ B" @

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，

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。
, {6 Z8 n& v8 M3 J5 K! `; `感觉这是一个永动机式的好办法呀，只要搅合两下就行了。
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。

石工

晨枫 发表于 2021-3-20 21:56
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 ...

9 ]9 ]+ v7 v# b# Q0 [
https://gravitricity.com/projects/
$ R6 ]) A) K" H( w7 b
4 T" p( l6 c/ d) Q$ T& }( w9 y" P

7 x' H) u+ o8 O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。

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。