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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
$ l. \: \/ {& N& E
+ i' f. K( c! T  O1 `8 b8 p9 O  ]; h( E3 n+ M$ `* Q+ s* L8 ^" T

3 \  |3 X' |0 o; _0 J# N
6 R5 q) [+ Q0 m: W# g( ?% q; Y5 d, i7 |$ ^& ~  I: a4 F

# ?; ]5 E: r& E) H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
" A6 A0 n$ K- S9 I" L2 E
2 A; }: N4 |* u. y* t) D  O/ w1 H8 l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。
  x: T: `+ e& H7 ?1 C0 w: B! j/ h( v2 y6 I
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。: o6 R; ~$ k' |. b: z7 b7 V
; v8 q" E8 @8 n# x& |7 l* G* b

1 Q$ S8 U! i. w  y3 a
# Z0 I1 b, f8 ?+ g8 E0 U: ]  y  M9 Z% A! K
城市菜园可解决占用耕地和新鲜果蔬问题,但需要电力
1 [) l1 I3 z8 Q) B+ k# L, v* T5 r( u. F
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。7 W/ q; M; N' ^( O# @0 \

" v8 E2 S7 J/ U8 ]# r, ^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。
. P- ]& B& \% {$ k9 R; A3 @: ], h9 c7 ^) {
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。
- H% ]/ d  ?5 e! M, z, X- Q8 j: ~# E2 b  R- s' o

, r# d% }2 o% }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# P+ V+ D* k+ c: v" X- H
0 C/ H* D5 R0 `% e+ }4 J9 P" f
9 G$ w5 Z/ N+ j) A- {" T
废弃的地下坑道适当加固、防漏后,也可以作为地下储水池- l) S# @: t$ s7 }0 r2 W( s

7 Z$ j* }8 B% s  }7 X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。9 y+ F# |9 q" i0 t* Z9 a- A; ~

" F3 S# g0 B. u+ A& N
6 {/ p& h; W5 K& @$ |! x) y, ?5 _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
: m5 W- H( X9 z1 y( W
; v2 I. X; Q" m7 A6 l8 o4 s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。
  h0 J3 y! M" s5 S% q
2 c, l: [4 Z* k5 V4 W5 `5 u# r6 R此外,就需要一点歪门邪道了。$ J* M: c, K/ `4 J8 J) O

2 F( b5 h  W! w& L* q
7 `# a( W" K: L: ]5 Z/ a2 _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7 ^8 V8 X7 s9 A- x; i+ B2 D8 e( @

! v( p  \( ^% ~! J3 ~% M; V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。8 q4 ^) N6 n7 N& x2 Z6 G6 G( s4 w, U

/ a; ^3 F8 ^) h" N& z# A6 H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。# `: J+ s& j' o1 T' j

& q! \" p  d0 p- }8 Q& ]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。: {0 P2 g4 \  }, k% W% N8 |

' ^7 L, b- F' W3 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。0 g% C" @! @0 Z4 T+ w

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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
    前天 10:33
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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
    : l" B) g1 o* X2 S  k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 ...
      Q6 E% f- }  r- t+ o
    氢能在制氢、储氢、运输等关键问题解决之前,无法成为主流。
    $ x# ^! v7 h0 E0 g
    , l3 X0 R2 S8 p3 p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
    8 X' x6 T# a3 b7 b3 x9 r9 F! @答案现成的, 电车。
      B4 o3 I4 a% v/ m! Z4 O. w
    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
    前天 10:33
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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 $ A4 C4 N$ z( }4 b
    晨枫 发表于 2021-3-20 10:153 R* ^+ Z' E3 Y0 W6 z
    氢能在制氢、储氢、运输等关键问题解决之前,无法成为主流。9 ^" _- @) Z3 \# m

    3 R' Z' T$ b, ?/ u) g+ N  H由于耕地和能量密度的关系,生物能也难以成 ...
    5 T. Z# W1 F) s

    # U8 T8 n4 p% F2 `/ \. R0 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. G" ]3 P; y$ ^: X! J2 Q2 B! |
    不行。电车正好是反循环的,充电是在发电低谷。
    * c$ M  \. F6 d/ m6 `6 C" D7 V1 Q
    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  Z2 t+ O, K6 H7 _5 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 ...
    + i$ i, N0 X+ F: ~, h
    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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    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
    ' h* X: o  z: H) B9 o7 r不是, 其实车绝大多数情况都是静止不动的,都可以充电。
    * U% t! N# |- w4 E

    ! W, D. K. s8 b7 w. O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- v5 K$ L* z  a+ ]% o
    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 ...
    . B4 r1 j: q9 H/ M7 I8 G# Y

    + v: }0 b  j; \$ L5 ^( C* G0 f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- }* X) k3 B$ n, 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。 ...

    ) y( y% Y$ K2 ?7 a% }8 D! k  h0 L9 K; @
    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
    : L/ X2 u4 p8 Z* |! o) 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。 ...

    4 y! g+ p* h( B3 q8 J/ A9 O0 J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
    # S; i0 V# k3 R  q2 }1 \6 c6 n
    * T# I' b7 Z* @# f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 l3 c1 p8 z( E( a6 C

    # c! d  _( u- H  ]  f+ g  p, T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)! v8 P% ]& C7 r
    9 a' ~+ _& W% d8 _( i  B0 l
    主要参数:3 U! Q8 y+ `  h5 t9 a/ b- r) A
    供能指标:10兆瓦
    , X& r) n8 u/ Y8 F秤砣 500吨,总重12000吨(24个)
    7 K/ y$ z# ~3 d$ P9 D井深 800米6 f! S6 l$ E6 t3 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8 I( o- ^4 L4 Q0 \; X3 k7 l
    使用年限:50年
    + |/ f7 F9 E2 I; h, m" X! z8 ]9 e  d( ~9 @
    我按瓦特的定义算了一下,g直接用了10
    $ u( M, R8 j1 H12,000,000*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。) ?* m6 f0 w3 B. P7 l

    , X" g) {! M/ p7 F: r: ~: s
    ' Q5 Z3 F  r- w' D9 r1 c  V下面两篇报道的都是这个项目5 [( @+ w4 z. o- J5 M8 b% m

    3 N* A$ X  u; f  r0 {/ E% Z% F5 v2 t* u- \  L2 h
    https://www.theguardian.com/envi ... re-renewable-energy+ J* L9 |+ |6 |3 ?8 M
    , G/ d  |$ S, h: H9 X
    https://createdigital.org.au/old ... ble-energy-storage/

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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
    11 小时前
  • 签到天数: 3402 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。。。* o# O$ C; D1 o
    + I% ]$ f% ?- M3 u3 U* {( J( P
    刚刚上了一个项目:江苏金坛。
    1 S+ u+ X$ h2 K" _http://jsnews.jschina.com.cn/cz/a/202008/t20200819_2613646.shtml
    1 s+ G( q! m  X3 p& C, t2 D5 @! g" U. c: g9 K
    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
    5 J2 l4 q6 p8 ^; R5 P& c$ T% l风光以后的废弃处理也是个糟心事

    / _7 X' E& v+ r1 e+ E3 S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
    & B( \! Q% k8 K4 }) W压缩气体储能。。。  c# O/ d4 X: p- u  ^2 z
    3 I; ]' _+ M: M, h, e  z
    刚刚上了一个项目:江苏金坛。
    ' b  L7 s( m  o' v" k5 q
    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
    ( H! Q; S) h" B4 j
    石工 发表于 2021-3-20 06:34
    ) C) |1 Y3 o& q0 t/ ]8 ?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。
    9 j! v5 @  V+ `3 `
    / y: f; s+ {1 [  \& g3 Q6 @中国北方采煤 ...
    5 U: W; ~4 s& }1 @3 Q, z# f: o

    * r( |+ m6 }" U5 q6 b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。' v; E4 _3 q  H# }

    ( c6 S$ M1 {2 g% H- 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

    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 $ S  h. m# ~3 t3 t# ~
    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,

    ( o; x: G. k$ v; z& 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。
    0 G) N7 R! l) t% @* S5 _/ d& y感觉这是一个永动机式的好办法呀,只要搅合两下就行了。! I. D1 `/ z% B( m
    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
    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

    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
    0 E1 r8 N6 i) {8 h& o
    晨枫 发表于 2021-3-20 21:56
    ) T; Z  j, l  t* ]' I6 ]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 ...

    6 F, H3 F9 s( g/ O9 \: M) X3 `5 W' o( n1 K! ?& [( l% N
    https://gravitricity.com/projects/
    - I3 {/ `* [4 P" e) b/ X# N8 E
    4 m* |3 B, V+ y0 }
    ( r$ l3 T: G. G+ V* X
    ( D( `. C( F# w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 Y2 ]5 u; G/ r# f  N; h0 _( i
    6 |) U1 \; t+ Z: h! l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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