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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 - z  t, _+ i7 ?
9 ^% S; C2 s8 K4 f# I9 t9 E7 ~

( t, v* n# ^1 q+ ^- y% b
3 \6 p4 r% k- J" y
: S/ R. r* q5 H
  i3 [' u% e/ M' {& b, Q% V* F, S  T- i8 N
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
- g( {' }) b1 o  |
' U5 k) `, a7 H6 ~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 p- Y  j, ~1 A% ~5 a8 ?0 |! i2 N

% k2 ?% I% R' b7 m. H# j6 C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。6 _' \- Z; V& T5 |( P4 P

, X7 Q% E  W8 O9 t. c$ {/ L2 m- {1 Q1 c
: |9 d& P! W1 O" g0 B) J& U

5 |9 |; P0 ]# a  u城市菜园可解决占用耕地和新鲜果蔬问题,但需要电力- v5 Z/ I0 @# ^8 L

! \% n2 c6 I  {7 x$ x6 W5 i6 U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。
" F5 c& K6 ?7 G' @
2 U% J5 O) n5 C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。1 _% K2 S& k8 x& w* p5 Q0 o
$ C- H& a8 Y2 U) b5 z) B- }9 @! 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。
  Y5 H. M1 |& z7 R8 `$ L" ~' I
% q4 K5 S3 A6 H9 ~# H- f6 z9 l' _, M2 R! k
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8 a! V& D; |, }& O! F

  e4 A3 p0 x: T# P1 l9 c* T+ q8 E& w2 b2 q5 x1 k
废弃的地下坑道适当加固、防漏后,也可以作为地下储水池
2 E+ d7 S  Y5 S# Q" K6 C& \% w! X9 [0 b7 C
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。3 ^) ?# V. }( X9 r

9 z8 J7 p4 Z. _9 e/ e7 p' u; ~7 ~
1 B8 R  g1 Z  K* g! u, K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! `! K+ w- r& j8 S

- w' g) S& T* R/ w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。% o, g' Z5 o; y( |) f

9 _' A5 `2 |; C2 U4 j& k4 T, d& l此外,就需要一点歪门邪道了。# L- ^4 _0 d% A1 p
  Y) N8 b% \4 U4 j# t

0 j- x% ?; o6 {# n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
* R: Z, s0 V: H  J7 z1 t$ A/ _2 U3 i
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。
' l; B1 d5 S" k1 t5 R. Y8 ?
+ W2 g0 s5 T: y+ q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。
; d1 q% I3 G$ C
% ]- @. X. Z! B2 e" H) e( e. |7 B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。9 X* Y0 R# k9 |5 Y9 a- {( i
" A1 o/ c% n- \2 f
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。
) q  U8 m0 `7 m1 A# W' O* Y

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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。

    点评

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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?

    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# T& i8 W& v3 Y8 u+ }! T
    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 ...
    $ h5 h- k  g& m) M) t- B# Q7 e
    氢能在制氢、储氢、运输等关键问题解决之前,无法成为主流。
    2 ?1 v, r/ p. H/ |5 C' U3 Z1 E9 R
    1 g* @) I! g9 r1 ~3 U4 U# m( 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
    8 K& s% u. g7 Z+ r答案现成的, 电车。

    2 z) }6 W& L: a+ `$ O9 X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
    5 C3 O; t1 p2 q3 [
    晨枫 发表于 2021-3-20 10:15
    1 _3 l8 p' A2 I2 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。  j: ], `- _) l. \& M3 H) r) W
    ' l; y5 S1 ?( ~' O. q' h, |
    由于耕地和能量密度的关系,生物能也难以成 ...

    4 C) D3 [8 a" K3 |# F7 k  f- l; \! w. h$ N* }% p/ _% X
    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. C$ ^  G2 u. M$ {
    不行。电车正好是反循环的,充电是在发电低谷。
    : f9 J7 S3 C& H( R/ v' ?1 r# ?
    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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    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: S- L- c$ p% i  z
    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 ...

    , B8 [' e( E3 y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 20:320 K7 Z" x1 s2 d$ L, W$ `
    不是, 其实车绝大多数情况都是静止不动的,都可以充电。
    / d  M: i, k5 b& D1 Y

    ! q& Q% h/ Z# i" h+ @" \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

    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
    9 l% m* a+ k' L+ i# k+ 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 ...

    8 K% N+ Q% L% M. ^
    + L! U" E+ w  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。
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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 11:046 }+ p- k8 h  t$ D& [  u+ x
    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。 ...

    7 D3 C; F2 l  X1 A3 j3 M5 ?
    + I& a% N2 B' I6 p- B7 x  N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
    ' O" n6 j0 |9 x: t7 e3 ]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。 ...
    ) a4 @, [% j/ L  u, ]6 f& X
    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 & o; _1 c$ t& I, w
    / v1 l* s1 d2 u; T) U: n! Z/ O* 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 B' _' c) S" M; P! r& q* G* }% h" B0 i, p: k5 ]0 c. r2 I, 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)! K" [% |7 ^3 y

    6 O0 [% @- J) n# m9 {主要参数:
    9 H, s6 h; M- V; g* I& i; Z供能指标:10兆瓦) f' e) k" T4 C9 e' q
    秤砣 500吨,总重12000吨(24个)9 {7 x, R% h- N0 X6 p
    井深 800米5 x# B' C" C* ^. G- }
    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  Q  D6 r* U* F0 w4 @9 y使用年限:50年
    , t  {$ w' U0 i/ e0 f# y! m1 _; s7 L( l- N
    我按瓦特的定义算了一下,g直接用了10% e7 p* }% M2 H( M, r
    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。
    4 t- n% J3 c+ ?: F5 }. v/ k7 c7 l6 O2 t

    8 ?3 g5 r, o4 r6 T) U4 a% h# H( ~0 `# k下面两篇报道的都是这个项目
    ! E' O) h3 `' s# h8 e  E  o% [$ ]
    2 q3 b9 o8 K; ^9 _3 `
    ' L/ N! y3 }3 t) C- L3 a+ C: ehttps://www.theguardian.com/envi ... re-renewable-energy
    + F! J+ i5 w% k1 N9 E: z3 t; o5 B3 q4 I* L; P
    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
    17 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。。。% @8 ?3 e' U( \4 d# j# h& s

    1 ]1 h* U0 Z$ @  F$ ^! M4 q, ^' Z刚刚上了一个项目:江苏金坛。
    $ m2 G& I1 E/ K. Fhttp://jsnews.jschina.com.cn/cz/a/202008/t20200819_2613646.shtml
    ) [0 N( {; H7 ^/ F) A) e9 S2 \+ T: z, C0 C8 N' }6 {, _9 S2 d
    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
    ( Z! A, ?, ]& o$ ~  M风光以后的废弃处理也是个糟心事

    " e. D8 x2 s7 o* n9 m$ m0 P$ }  V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 07:076 l: [: c7 S0 L$ D8 I, P
    压缩气体储能。。。
    ( w/ I/ C9 S2 P2 g7 q. {8 ^* w6 F. J9 K5 y& w
    刚刚上了一个项目:江苏金坛。

    ; V) [5 F3 d0 q. R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
    $ ?, M, u, M# C/ f% Y
    石工 发表于 2021-3-20 06:34
    2 m' A3 Y6 s# g4 \$ T6 d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 I. v6 x; _, b3 G! K
    % v+ W% _+ [6 C7 s0 A中国北方采煤 ...

    3 S5 p) l$ |" Y8 o# i& H+ p& s* I/ \0 B# P. K
    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。5 h3 j3 \2 _0 U! J" x$ C$ t* @: d0 H, B- a
    , Y5 ^& r; v4 L8 v, 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
    0 s  B# P/ n; k. f/ o% @8 u
    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,

    % z" d8 {1 S/ j- R7 j) k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。
    5 z, H' s" l5 h$ g' |6 o* p感觉这是一个永动机式的好办法呀,只要搅合两下就行了。$ F7 d  m" c$ C9 h7 Z5 {, H
    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
    - m3 T$ ]$ H4 g
    晨枫 发表于 2021-3-20 21:562 a% Z+ F, a! Z* |3 d# V8 V. s9 D
    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 ...
    3 u2 U# l) C& V9 L2 M, q) x

      A5 ~* m- _' C6 I" c0 ?https://gravitricity.com/projects/- a2 V1 a7 l  g5 _9 A
    & h1 b* G6 v2 q) F, N

    : Z+ Z7 W* n- i0 V" ~: p0 N9 ?5 V
    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。- B; O' b% l7 X( t9 ~
    $ s( [  l" Y- _. _4 G7 l9 }$ k
    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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