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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 " Y- c3 o$ `& y9 C( ^

7 n$ P$ y* ^  m
* \% g/ ?* q: p1 P% W' N
, Z; N4 ~. G) s; j7 M, K/ q3 D  z# N% f; Q5 a

+ `2 z0 x* S6 k! O0 y8 E6 D5 X; Z5 P  v
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" Z6 H6 F7 @! L+ @" }

) K8 S7 e- O! h9 K9 D4 h+ }; }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- ~+ y$ H$ [2 p

! X- Q# N; Q, b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 n7 W! T, K  K
1 R: B: D3 L: W' J$ [" C# `; `; T, s% y5 k6 a3 ?- [0 `
* q/ [# j' ~0 q; L$ A$ n

% |! S, ~- w/ H5 {城市菜园可解决占用耕地和新鲜果蔬问题,但需要电力
5 ^) V- L# T) E  D/ I$ ~2 j  [  {- C$ I! v5 {. I1 m8 d# c
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。- k1 g3 p, d. a; d# n2 m
1 Z* o+ y0 M$ f$ _# s
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。5 c4 `3 U; \& @! m
5 t. H+ v, D% _( P. E# 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。
3 t$ ^# c( b% D. h7 ^! `
2 l+ e: s" p/ u3 C+ }5 J1 g. w( ?# f8 ^3 R
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 o" a: c3 f& s5 B
' M" Q. C$ t9 w1 S) z$ I6 [, G- F; s1 [. n' `
废弃的地下坑道适当加固、防漏后,也可以作为地下储水池( x3 }* j  J! ]7 e8 ^
/ w1 s4 E( R, n% k* X( L
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。$ u" v( a; o% P
. e: k( f- g8 B

4 w- H+ k$ U: W. O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
8 C2 g7 X% b: ^4 @4 j/ W7 @5 q9 o. E6 o4 l# n, y  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。
4 \8 q% n1 i2 b1 q% y+ h/ g
2 t1 w+ O- y: T/ [7 c( K" W8 J此外,就需要一点歪门邪道了。
) M/ _$ c$ x$ K# ]. s7 N
( i+ p( G! s; d0 ^" m+ D" O/ v, X( j: a7 c, i& ^" m
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
4 Z; f! f# j9 ^3 p  H; l' y/ [8 O/ g" e9 L1 e5 E
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。
+ j* ]" |" C" \9 [& V5 V1 v. Q: r! c: {- N, h  Z' 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。
  l2 V2 s3 |; c$ e
5 V" _, {5 N. D0 u$ R7 \8 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。
% R& h) c' \1 H2 v, L% c; h2 P1 v
& C  [$ j7 T5 C* ^% T! j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。
' a4 q. z4 v6 s: |( r5 T

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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
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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 20:106 X. T$ V3 B! S9 B" |/ s, J% e
    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 ...

    + x8 q6 b  u5 e0 `  h, D氢能在制氢、储氢、运输等关键问题解决之前,无法成为主流。
    - A# i8 S& U& V
    9 s4 H! u! b$ ]1 [, p2 Y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 ~( j" {) B% D+ n* l答案现成的, 电车。

    9 M  B0 ~" V# U( t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
    2026-3-15 09:27
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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 ) }0 V" G) h  O3 ^
    晨枫 发表于 2021-3-20 10:156 F9 N. p, |: v; O  K! o( j5 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。
    + f4 r& A# F* l9 x" P) ~! [0 c  H
    ; }; W' K5 K3 Q# Y3 C% F由于耕地和能量密度的关系,生物能也难以成 ...
    0 _: I; m( Y8 e% n7 H
    - a3 F" `4 e5 i2 ~7 s  K4 t2 E
    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
    ( T& G6 ]7 W4 p不行。电车正好是反循环的,充电是在发电低谷。

    ; v4 J0 f. F9 |* E: f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) v6 ]* l* w* m7 M7 `/ [' o$ a7 H
    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 ...

    : o3 {# |5 J/ u3 [* W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 20:32
    8 Y' r: E4 i& n不是, 其实车绝大多数情况都是静止不动的,都可以充电。
    0 d% W; o# o8 l0 y% _' j
    / L; I9 s0 K& |% r5 L
    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! e" l( B8 _( J$ G  V
    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 ...
    ' q  M& [$ i) ?0 {6 J0 p) R
    & h, S/ Y% b: _1 ^. [4 C, ?
    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
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    [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
    , g7 f/ b  C- H4 @+ l" C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。 ...
    + F9 d# a, Y1 L% S1 c$ k
    : V" e1 f* q! B; L% b! d/ S- [
    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
    前天 20:19
  • 签到天数: 2258 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
    : j8 z# r5 O4 l; `8 L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。 ...

    . e9 P/ Z1 @2 s* }1 {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
    " A3 y- z$ E$ y4 a; ^) X% j7 {2 ]- q' a" 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。7 w; u. A! b% {7 p. \

    ! ^  A& G  @; M0 ?9 U" o: 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)5 p. k/ W  j9 l6 r

    ; s0 N0 @( E9 }5 \主要参数:4 K! F9 b" y* B  E$ v
    供能指标:10兆瓦
    " q4 s8 N2 ^" O+ H秤砣 500吨,总重12000吨(24个), _$ s# G/ Z) O" q
    井深 800米
    & t7 `3 h2 ]; g% D% @* C6 B4 R0 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. C) L. W5 H' _! k
    使用年限:50年
    7 M9 D/ ^3 t1 y6 ^. g% x6 }0 C: J
    & g( H  W2 ^8 W! o5 V! |我按瓦特的定义算了一下,g直接用了10* u4 u* R. a: ]! _' O6 ^
    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。$ _, D$ k8 I5 G8 P7 L8 I8 W! b
    3 J5 s1 W4 N/ h% o

    4 S% A' S, @( W6 J$ ?8 P8 B# a2 _下面两篇报道的都是这个项目
    + |1 R1 |( Z" ?  M/ j6 W+ I7 V, Y' ~- Y, r
    : [1 m: U( ?) k' f2 x' n6 c* Z
    https://www.theguardian.com/envi ... re-renewable-energy
    * u1 s- y1 w% O; }6 X& Q6 ]
    ( W5 b0 M  j+ K/ ?- p: Zhttps://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
    6 小时前
  • 签到天数: 3284 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。。。( L- g9 O$ h: D) j
    " C" M) t; E; w8 w, Y2 |
    刚刚上了一个项目:江苏金坛。3 g- v- e1 g7 }' n3 Q/ u3 n
    http://jsnews.jschina.com.cn/cz/a/202008/t20200819_2613646.shtml
    ( h8 w+ s/ X" R* A4 j, F8 G) ^3 ?/ W, `& C$ c7 H# z3 i2 x
    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/ }+ ], ?2 F4 S, R2 b* n. e
    风光以后的废弃处理也是个糟心事
    . X- @0 q, M3 E+ P
    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
    ; J2 P! L2 j6 p: h9 _2 k5 K压缩气体储能。。。
    * L; \. k/ ?, z! X+ k3 C- w& W
    % Q4 o/ r$ o3 A& N刚刚上了一个项目:江苏金坛。
    0 M0 L- |+ {) _2 i+ T
    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
    0 |, _. S0 D7 U$ n
    石工 发表于 2021-3-20 06:349 d4 e2 h# ?3 ], `
    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。
    / e' J8 l7 ]9 o. q: f1 s; S
    / d( m" ?! D8 S1 J. J中国北方采煤 ...

    & ?9 |! g; J) I7 a8 ?# P$ P
    6 u& r2 K: w9 v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。
    6 D3 ^4 @# _4 T& \8 R1 E. X: i$ W  o( o- _3 y+ a8 O1 b0 J
    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 : f3 y+ W2 E3 X3 ]4 y/ i: _+ A
    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,
    2 U- V  h! M) l7 G+ h! @+ v
    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。& i- s9 b! n2 N+ G; 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。6 ]: Y4 w( ?$ 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。

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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
    : x) z. U% C& L/ n
    晨枫 发表于 2021-3-20 21:56+ @$ |% s1 D% g) j3 _9 p7 p
    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 ...
    8 w( y( j5 z% |1 M; f, v7 |

    3 \: Y4 f4 l: y* q( Vhttps://gravitricity.com/projects/
    % O2 S3 Z: \% k
    * p! X/ k, \1 Z* V3 ?' _! @: q. N- C6 R  y1 k( A4 o2 h3 |

    / x) V, I# _* n4 t3 ]7 c& K3 a  {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。1 d+ b8 T) {/ O  B# W% i4 q) s

    & P8 s% }) l2 R- `0 o' ], J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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