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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 ; n* E( k7 u3 d6 x9 x) ?$ _* T

$ x. n+ z) M+ C: A+ J1 Q
- L5 e6 T+ L- g$ m: w# I) [4 W/ I2 M6 l2 g% V

  N) h/ c4 q. w' Q# n
0 X& z' ^% \$ V7 l
5 g" I$ q  I& ^0 v1 O5 s2 N+ 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
* A9 \3 M9 `. X
: E% t" p) @* F7 V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。
- Y: o, f- ]6 v* ~7 \3 R  q
4 O5 }8 s) X( N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。
) o3 K6 @& Q; @8 C8 B
/ k) @0 E% z5 n8 _3 ]2 u; O& m5 f) @
" z% K* P4 J* x; G0 A

1 K9 T* E. e! j6 U9 ^/ z城市菜园可解决占用耕地和新鲜果蔬问题,但需要电力, {* H# r$ d: b9 S! Q/ b

; s; Z8 P. N5 Z; B4 q- ^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。- ?6 `4 V& }. n& w

6 Q$ {* `1 k& r% K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。. x' H' @' |9 Y5 U" I9 Q* _
5 V+ K9 R5 M" }9 n* @$ X3 e
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。
) {2 l, U# N& l: E  z4 f8 X+ G4 P: b4 @

- V5 }: a5 ^; U: S3 Z, y4 X* 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
* \  H$ Y5 W# }. ]: B& ~* }: S8 j6 d1 G" Z) s1 ]

* a0 N  @" m6 Y4 |废弃的地下坑道适当加固、防漏后,也可以作为地下储水池
- p9 ^3 w2 ]! q# I2 r0 n2 i
( v9 V! Z$ G) _4 O: Y# @3 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。1 ^6 H! ^! r! _3 h; P, {
- V) n" ^! }6 f) l( R% R

8 _1 F8 H1 M2 N' x( W) y3 p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
3 _- G! O7 q( }- \& T$ |: W; Q) `( A+ ?8 C9 r9 x9 z6 k
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。
+ \9 m1 ^+ U( F! X6 I3 F; m2 d2 L& G+ e0 K
此外,就需要一点歪门邪道了。
% i# U3 M9 X, f) n$ c! K1 c& s0 |( \/ c8 G+ O; x
0 j1 r# V5 v% z/ e, m; |# O
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
$ H) K5 i: H& R# y0 E( ~  t4 Z. i  P& O5 ^; g! W" U; _
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; I+ p, ^# R7 p
3 n: P1 h* l: v) o* z- E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。
- v" h# t7 c: N- l4 ?) d3 }7 w* |* v' }8 _# n, x
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。3 J# g  T: l: J

3 I, Y* v% {7 n  i) s; Q8 K; y% ~7 \$ ]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。
6 V, f3 Y4 H' E* h& S

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    无聊
    2020-1-2 12:07
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    [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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    奋斗
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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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    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
    + o0 T( a2 x  f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 ...

    $ `$ C& g& s- M  w$ P/ U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 ?9 |- ^7 r+ S5 N0 a4 w8 m) U
    $ u" y5 D! Z2 z: T8 s! b% z9 j$ 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
    * t6 m( B. z5 }9 |- C5 q答案现成的, 电车。
    9 \. s5 S/ k' a% |( I: g( l! t6 p
    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
    2024-3-28 01:45
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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 # d0 r  R& y5 h/ N% U
    晨枫 发表于 2021-3-20 10:15
    9 h+ a2 z0 Y2 S6 z9 I8 y% m氢能在制氢、储氢、运输等关键问题解决之前,无法成为主流。
    - s2 Z  s+ Z( s0 ~0 f$ A1 t
    , r1 O3 B8 Z& A) x由于耕地和能量密度的关系,生物能也难以成 ...
    3 i' ^; M7 j! @0 m- W
    8 _) c. g; P, w8 ^& f
    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
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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
    5 a0 [5 T: M4 F% f1 e; l不行。电车正好是反循环的,充电是在发电低谷。

    % ~) q* E0 A6 h( |+ m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 20:313 {* ?- Z/ a) G1 V
    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 ...
    : {; f* M5 w. [/ ^! i3 r$ N
    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$ l4 [, [: z8 b8 u' h
    不是, 其实车绝大多数情况都是静止不动的,都可以充电。

    % K, B; l2 k* h* X2 t- r6 R- w7 E/ S& Z3 T3 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
    $ r2 M$ K2 n' N3 |0 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 ...
    . m& P9 H( @# [3 [  q; N+ l

    6 x4 y- u& ]/ T, A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
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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# v) M! C: J& W, E$ @
    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。 ...

    + m& A  z4 {/ \
    1 p/ e3 ]$ I/ 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)。
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    [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
    5 Q4 U* {4 O. |( ]+ U% J3 r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。 ...
    ' q- E/ z9 {" m, g" @& w0 M
    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
    - V( i& T7 {+ d5 p; }# H  p; K2 M( T2 l. P7 }1 P% z  Y& b- J
    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。
    ' J8 B2 T- e2 }6 W. J/ a: @
    + o: S& h9 Q; c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)
    ) L+ c5 m2 A3 w
    4 b8 S0 _6 u+ i$ s1 X: C主要参数:( D' ]! Y% p$ W0 Q
    供能指标:10兆瓦+ o; z( ]& a9 U1 l; X
    秤砣 500吨,总重12000吨(24个)  O& K+ r+ H. Z0 \# J" f# @
    井深 800米3 w( t6 `( o  k9 T9 E/ c" o( 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2 [; @" e: Y9 e+ h% H
    使用年限:50年
    % }. V1 {) E3 _) l, p0 h4 E  V& H
    我按瓦特的定义算了一下,g直接用了10
    % L$ K2 \9 ~, Z, ]/ I( n$ N" x12,000,000*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。( L0 G( ^1 Q- t( Q0 Z/ K* s
      v* T0 R7 f0 N; T1 N
    8 o7 G; v1 U. o; U3 r% l. l; O( n
    下面两篇报道的都是这个项目8 W2 u2 D0 |  Z$ s8 G( H
    # S8 B9 _3 H$ b6 k! H9 n, R

    - ?" u% e1 n! J- G/ @https://www.theguardian.com/envi ... re-renewable-energy% u$ W* m4 g* h. j$ Z

    5 `" e* F) ~* L( chttps://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
    22 分钟前
  • 签到天数: 2864 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。。。
    ; ?4 n2 n! o  \+ j$ N9 ^2 e# L2 ~
    , r7 O  M2 B" `) `# Y刚刚上了一个项目:江苏金坛。
    4 ?( _3 h9 ^: phttp://jsnews.jschina.com.cn/cz/a/202008/t20200819_2613646.shtml
    2 p' D9 |$ L1 e% A: w4 Q/ S8 l5 d: r
    / n% d; @, Q; v& _  K. w4 S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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    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$ G) j) u' j  A  _8 U! m; u" D% N
    风光以后的废弃处理也是个糟心事
    ; ^' z, p" j4 q+ g  _3 G
    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 07:071 G9 J6 k' S& K; v1 V  k6 |0 V% s6 J
    压缩气体储能。。。
    9 i$ _/ _; l: ]6 s. a
    ( }/ S; f8 i7 z1 W( D: F9 z刚刚上了一个项目:江苏金坛。
      E/ P" Z0 O6 c# ^3 l
    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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    该用户从未签到

    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
    3 G' E5 W  u. l
    石工 发表于 2021-3-20 06:34. n4 M9 m* X/ D3 ]3 F! t
    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。
    . w$ F- ]- m; t% U. p/ ~4 W: b  E6 P3 R/ _! p9 _
    中国北方采煤 ...

    8 c! ?3 m1 ?* x7 }! ~
      @% t$ s0 ^+ {- U" P  L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 G, M0 ~3 R( p
    " F3 P( ]8 a  ]3 V$ r: g& m2 p# g
    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
    % q9 W( [9 J4 R7 E- p. m7 |! x' @
    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,
    8 C* L  B  D1 G4 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。* l& X2 T# `+ z9 T' k( J. \
    感觉这是一个永动机式的好办法呀,只要搅合两下就行了。# v0 G1 A  \/ I5 @2 w
    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
    $ [7 y/ U9 e- d& z) Z1 p$ v3 Z
    晨枫 发表于 2021-3-20 21:56
    ; o' ]7 S1 {+ U' k- F! u5 N5 ^9 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 ...
    * E( P" A0 f' q* o2 e( n' A

    - X8 x7 ^5 f9 S* e1 e! g/ nhttps://gravitricity.com/projects/
    + F- g5 T6 m! g* ^- f8 W+ g$ D- h& g% A' [

    - z$ }" [6 @; B" @; j
    5 n. }( e( S! A8 B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。
    8 D; _7 Y% n1 P+ D' E$ f2 S. ~" p" ^/ f1 O7 n+ ]1 _
    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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