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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 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 晨枫 于 2021-3-20 22:35 编辑 - E2 i. f4 \% H$ G% X9 w" \% Q6 o
$ y) z3 S& w0 S
; _9 ^2 j7 y2 D3 P8 s
7 t* S; s! O4 ~

, x/ z4 u2 U; o$ `" N& z8 w& B- ]/ g* ]- L: U# b

8 p7 H/ y) q  _7 n/ S0 j2 }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
2 e0 Q+ q2 ~" e. k. m( X/ x5 o! X0 h- M/ Z( @+ A+ d
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。0 l; X$ b$ T+ e

) g) _+ ~4 D# H- A: b9 \5 O' 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。# C8 M+ G4 y) h8 a8 }  Y6 n
/ m, `" t+ Y) p. {6 D+ C7 S( h

; ]. W+ K5 |; u) Z, E9 P! q+ [# X& H" p$ r2 Y/ `5 {
8 R+ n+ v6 O/ q6 S2 S
城市菜园可解决占用耕地和新鲜果蔬问题,但需要电力6 [+ C/ `) l; Z- s
" e7 T3 s9 U) s& G( x# t
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。' e8 J0 B& m1 A4 P# ^
6 n! P9 w" x2 p7 \  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。, f* k  q" }. z( S' [

4 \; G0 r7 P, @9 s! R( D% T4 \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 l2 `( L6 a1 s% [4 P1 t1 M% t  |

/ f0 G0 V  a( ?6 R8 k# C
' V6 f* d0 U- l# ~7 R0 `# D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 Y& n1 Y, i0 E) G, `( H: F0 O7 z6 C( o
4 B- y: r, z& O7 d
废弃的地下坑道适当加固、防漏后,也可以作为地下储水池
8 G: ?) U+ J! j1 v. |- F! s4 k: F% D
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。
$ ]* c5 U3 }* `% E4 k& W
- v1 k- f6 W2 q( Z" P
7 l$ n; \9 S" R: H. e1 ~  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  e( l; @  L9 a. C  E
# x! G  F) R# Q$ _
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。
; D/ u2 j( c6 G. V- P
4 z' |" O+ s3 L# m此外,就需要一点歪门邪道了。2 V4 N( ^0 H& T) N: q. _1 f

5 l) F4 q# s: O& R: s) p1 c  }! x) z: _" X. a- i4 U! j
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. S2 ?( w& w/ V

4 F' A; ]- _+ A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。' ~, F( ~& A! @
- U7 o) [8 T; Q0 V  C: t" ]; W
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。6 p3 `0 ?1 i& ?/ X

6 Q& c+ }+ e3 Z' e+ a' J% V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。
2 [" G/ }9 ?& A6 c9 {1 E$ N7 j# F
! N: r$ _( I8 l2 }) |2 e* m) K% ~* ?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。
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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

    发表于 2021-3-20 09:48:56 | 显示全部楼层
    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
    奋斗
    昨天 01:45
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    [LV.10]大乘

    发表于 2021-3-20 10:10:43 | 显示全部楼层
    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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     楼主| 发表于 2021-3-20 10:15:07 | 显示全部楼层
    嘉洲 发表于 2021-3-19 20:10
    2 ~9 }9 o- a; o0 s9 _! x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 ...
    $ O+ \- V/ Y8 G8 G2 t- F- r6 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。
    & P( D) T0 K3 w; r8 T
    & \) g5 B! ?  q  @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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     楼主| 发表于 2021-3-20 10:16:35 | 显示全部楼层
    semtex 发表于 2021-3-19 19:48
    : K- k1 c* m8 d1 ]( e答案现成的, 电车。

      l+ ]' @& V+ L9 R- n1 l) h$ r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
    奋斗
    昨天 01:45
  • 签到天数: 942 天

    [LV.10]大乘

    发表于 2021-3-20 10:31:02 | 显示全部楼层
    本帖最后由 嘉洲 于 2021-3-20 10:50 编辑
    - d8 m: A2 j5 A7 O
    晨枫 发表于 2021-3-20 10:156 `" z) \/ {1 }5 d9 p- g, m7 o: c
    氢能在制氢、储氢、运输等关键问题解决之前,无法成为主流。
    6 ?" I4 J* z5 `. w1 I2 t' D# ?  e
    由于耕地和能量密度的关系,生物能也难以成 ...

    6 n: w/ f  m/ N. V& h! ^9 z% D' r2 U
    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

    发表于 2021-3-20 10:32:24 | 显示全部楼层
    晨枫 发表于 2021-3-20 10:168 m2 ?' y6 I9 m: s
    不行。电车正好是反循环的,充电是在发电低谷。
    & w2 g! ?3 o0 d- E) a3 ]
    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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     楼主| 发表于 2021-3-20 11:03:26 | 显示全部楼层
    嘉洲 发表于 2021-3-19 20:31
    ) y/ Q! n) r8 `6 v0 z9 \; j. j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 ...

    6 n" O2 E9 b/ ^$ [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

     楼主| 发表于 2021-3-20 11:04:57 | 显示全部楼层
    semtex 发表于 2021-3-19 20:32# z8 w7 \, v, |
    不是, 其实车绝大多数情况都是静止不动的,都可以充电。

    - Z4 |, d5 W! G% {7 E: u; |& T+ @' Z# D! @; K
    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

    发表于 2021-3-20 11:45:49 | 显示全部楼层
    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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     楼主| 发表于 2021-3-20 11:54:41 | 显示全部楼层
    drknight 发表于 2021-3-19 21:45
    % |: q& A' ?0 P- x5 W8 e6 b% n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 ...
    % t2 B6 M: l/ C! _+ s6 F. T
    " \1 e  I0 d1 Q* i
    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

    发表于 2021-3-20 11:56:47 | 显示全部楼层
    晨枫 发表于 2021-3-20 11:04
    1 X' G1 W, j- y" `' q) x7 l# n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。 ...
    6 h7 V: d9 g9 n. n5 _  V. w% k
    / ]' }/ a$ J+ p) [9 Q* v
    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
    昨天 21:23
  • 签到天数: 1911 天

    [LV.Master]无

    发表于 2021-3-20 16:58:51 | 显示全部楼层
    晨枫 发表于 2021-3-20 11:54$ h/ k$ F8 `4 Y7 W( S2 X
    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。 ...
    ) ]& G# C$ w$ B, K8 e+ r2 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

    发表于 2021-3-20 20:34:02 | 显示全部楼层
    本帖最后由 石工 于 2021-3-20 20:36 编辑
    / V& S) Y, O! z2 b2 L7 m1 d5 `
    $ g4 R' h6 U, l9 L: S9 O1 h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 p& Q$ P, s* q' I2 b2 [4 h* A* v9 a& N
    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/ S, A1 J& b, m% a0 m6 z1 U) b1 R% p+ Y* }; ]
    主要参数:
    " \9 ~' _, i; F# G6 k" o0 N供能指标:10兆瓦
    ; \4 O( N' ]+ p: K9 z; }+ N* s秤砣 500吨,总重12000吨(24个)% v9 b5 o) T+ Q. [
    井深 800米
    7 V( p# D4 c$ |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" X& Q) C( r8 m" B! N
    使用年限:50年
    , R9 z$ y2 y; N( s" w2 g, C+ k& }
    ! b( }+ u& h2 f3 ?我按瓦特的定义算了一下,g直接用了105 h. q. V, A. c$ S$ _
    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。1 Z' G+ X6 }" F( O7 R) g# f

    ' ?* Y; A$ B- g' m8 P+ ?0 |
    3 J  s2 P% {2 S1 w# m( l下面两篇报道的都是这个项目
    ' {# A. K3 i3 N% v+ u
    9 l  Q$ V# n' W! h) P! [" e2 I, l
    : X4 ^3 X; q9 t5 X2 ohttps://www.theguardian.com/envi ... re-renewable-energy
    % s# R, t" o& A" H/ R/ J: x/ p8 B1 w+ m5 U" v; n  ~
    https://createdigital.org.au/old ... ble-energy-storage/

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      发表于 2021-6-26 03:36
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  • TA的每日心情
    擦汗
    1 小时前
  • 签到天数: 2829 天

    [LV.Master]无

    发表于 2021-3-20 21:07:20 | 显示全部楼层
    压缩气体储能。。。7 x& t( \  i9 X" |* S/ K' Q5 K8 _
    ; k, |) O; J9 O& t6 X& I
    刚刚上了一个项目:江苏金坛。9 @1 _" A0 Y0 l6 z0 k
    http://jsnews.jschina.com.cn/cz/a/202008/t20200819_2613646.shtml
    " R* ~! e' j& F1 Z0 M( c4 G" b0 C1 ]$ }% A- `+ x  M3 L
    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

     楼主| 发表于 2021-3-20 21:53:59 | 显示全部楼层
    常挨揍 发表于 2021-3-20 02:58
    ' a3 H: {3 D/ [8 q" O3 S4 Y风光以后的废弃处理也是个糟心事

    " d/ Z4 ~" t$ i9 z/ g, o比核电还是要容易得多
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     楼主| 发表于 2021-3-20 21:55:00 | 显示全部楼层
    赫然 发表于 2021-3-20 07:07! Y: v5 l1 A# Y! g
    压缩气体储能。。。
    - q7 ^) g$ T/ @: r, R4 ~
    $ q9 I6 u% P. M/ k刚刚上了一个项目:江苏金坛。

    6 T% q) u" v5 J3 W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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     楼主| 发表于 2021-3-20 21:56:26 | 显示全部楼层
    本帖最后由 晨枫 于 2021-3-20 07:57 编辑 ) S: j" q2 p* H  x8 |  G, i0 J1 j
    石工 发表于 2021-3-20 06:34
    + c3 K7 h( N3 O( T3 Q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。0 U$ F: s9 v  {0 ], _' H
    ! H! U' ?% M- G' V/ P% k) x
    中国北方采煤 ...
    3 ~$ v% [$ O9 q: c2 ?  t

    $ G# O# |$ L0 \5 u. 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。& [& s; K3 f0 m

    9 g6 O, w3 A8 s+ W, n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

    发表于 2021-3-20 22:23:32 | 显示全部楼层
    本帖最后由 晨池 于 2021-3-20 22:25 编辑 / \) w- {/ e) ?$ p) ?+ w
    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,
    , G8 W3 Z" ^7 z
    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。0 E; L% `* K8 e( `1 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。
    # F( f4 `  [: v8 ^0 {% [- W$ 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。

    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
    回复 支持 反对

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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

    发表于 2021-3-20 23:20:01 | 显示全部楼层
    本帖最后由 石工 于 2021-3-21 19:17 编辑
    ( }2 @, y% i  \8 M1 Z2 d
    晨枫 发表于 2021-3-20 21:56/ ]7 }2 H  k+ N
    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 ...
    - f% l- U6 Q1 m) u5 A* E( y3 s- W
    . |% s4 Y/ |  U# `8 P
    https://gravitricity.com/projects/
    # \( E; `3 n1 Q" e0 y# P3 _, d/ x" S1 D" ]

    . e6 _3 w3 t7 i) A& e
    8 j3 |2 L* o, o: l. H. r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。
    2 T9 y; G' a  E: D% U4 F% F' T: \0 V, @+ h0 b. N  b
    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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