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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 3 V) g7 \; W5 i, x

9 ?) i4 N2 V1 v7 c' Z" h- ^0 H4 I$ d
' U# f% s* ?1 w9 _+ R
: j: Q1 f! _/ o0 o2 u2 K4 d/ e. r8 T+ }; ?$ K% p" e

9 p! c3 |! Z( b7 N9 R6 P" }1 O6 Q6 S+ |3 u7 O7 I( D" O
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
. z+ p7 w4 y9 R! s3 r( g* w1 |. ]3 Y0 o3 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。
, |1 K% s( M/ `3 A" ]
- s) o+ u. G$ ]# @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。; Q5 u2 k7 x& b" P4 C5 C
: ~1 g! F3 t& u4 l1 |4 P
: [( D/ z& Z# G1 H. ]2 ]% Z9 y
) j1 F0 c% j! Q' L4 `7 I

- N8 C$ c- y+ F5 W城市菜园可解决占用耕地和新鲜果蔬问题,但需要电力; N- ^& }6 W. l1 }# y$ W
$ e6 ?  b8 Z. e( ]  S
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。
0 X/ f3 Z' x1 k7 w, P, s) X$ K, r( H, }# z; [: 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。
0 C" ]2 b, L" K" J7 h4 ]+ R
( @- b# k1 Y+ W7 v$ l* O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。
" ?  B" G, e: j: g8 y* |2 @: |! H( d* V+ D/ W

+ g/ @6 Z" k9 O5 C: h6 Q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1 ?5 b5 p* m' z# i7 n) w. l$ A& ^

, x, _4 D, N3 o
1 ^( |9 U% [1 s+ V废弃的地下坑道适当加固、防漏后,也可以作为地下储水池
" C, K7 ?7 H$ `% Z" p2 e1 j3 D( ?3 I7 j0 m" }
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 Z% |6 B  t5 W0 s- V6 C4 Q" r: L9 o
, K- ^0 [' @1 |% A2 e0 x4 k+ V
: T& S; N, o4 N9 Y. T7 b
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
5 X( A- k/ p' T+ X2 o0 Y8 U& \& ]+ \, A+ f3 d
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。
  m: ^6 W& F1 C& ~0 `9 P/ L. q( a4 K4 L/ B9 @  }8 n/ R
此外,就需要一点歪门邪道了。
- f: A$ r  V3 ~- B* ~, W* I$ {; M+ o4 ]  d, J# i

- e# R! b( Z' ^; U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8 O" C; ?" R) S! q& ~" R
* C( D- b# |( \! ?7 y' K
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。
) W3 n1 {6 ?5 k" O2 I1 j; N! J8 K4 z! o* c( P& U* A
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。" z" |/ Z; H, {" V4 d: n

5 A; ^: ]' K% }4 P8 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 F# y& \- o2 g9 s
  ~/ G% K* X! T# ]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。
' ~7 ?. _2 [' l7 ~- x  G) R

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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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    给力: 5
      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 20:10* p3 A3 d5 S. u, w% U  [3 z9 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 ...

    5 _# M6 a0 |9 M  @5 P2 U: h* {氢能在制氢、储氢、运输等关键问题解决之前,无法成为主流。
    ) R* c, q$ y" S# z/ W  C& O5 R4 r; j6 b
    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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    该用户从未签到

    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
    & v6 k( l! w0 N6 r. a% m) J/ g答案现成的, 电车。

    ' |! F& [' a, M+ f( P. A- M# e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
    2026-1-6 11:20
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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
    ' k3 f2 {' k9 t/ G9 R- b$ L
    晨枫 发表于 2021-3-20 10:15) q7 b: a# P3 E3 k2 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。
    + U- M+ u6 ?/ I
    + C& n' z: R- r' o由于耕地和能量密度的关系,生物能也难以成 ...
    , ~' m5 l7 d$ |& U
    7 p8 O- B; d* b. r
    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 10:168 B, `+ O" C7 p. j
    不行。电车正好是反循环的,充电是在发电低谷。

    $ ?; l# k' {5 r8 l" G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
    * g, V0 R0 j& k1 F; V) q+ N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 ...

    - R. }2 R# W: p' F0 Q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

    9#
     楼主| 发表于 2021-3-20 11:04:57 | 只看该作者
    semtex 发表于 2021-3-19 20:325 ^  l# p3 F3 b5 o7 U
    不是, 其实车绝大多数情况都是静止不动的,都可以充电。
    0 P. v1 g' y& u+ e; Y1 E$ f# P

    3 O) X6 ]# v. v0 G7 o1 }( p' |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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    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
    # a) k7 z, ?" @; z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 ...

    # N! u: S' ]& X! j) g0 v: T; i
    ) h& U( A7 l" J' {5 Z/ z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 11:04- u' l( `. B; `& q  A
    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。 ...

    2 q7 k$ R) U" c% M4 n% L* Z, D3 T+ l* J9 z0 Z
    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
    1 小时前
  • 签到天数: 2219 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+ O8 Z' P' B% N
    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。 ...

    5 S. Z( J: y( o- G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
    6 _8 ?( Q. C  E% R1 o7 n' h
    5 S9 J4 v9 b1 n1 E  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。, n+ f. S7 f1 L8 Z

    $ m. I; |: F/ G' P& n' n2 K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)
    0 y6 M8 S! e$ _5 q( b( [$ U2 X; V& `* R2 s# {& F
    主要参数:
    " n; N7 I; g. g+ g  g$ S7 n$ R供能指标:10兆瓦
    ; U& @0 n- i7 m, i秤砣 500吨,总重12000吨(24个); e2 s" J: K2 t& s! R$ n
    井深 800米2 F. f4 ?3 d2 G: D7 j
    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
    ' k/ k0 c: x; L; N% ?使用年限:50年; K) o6 v/ F' j0 c: i9 `  P) L

    * f! s+ U+ @# y1 h  T我按瓦特的定义算了一下,g直接用了10
    5 s- a& c  o9 A& I( y12,000,000*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。
    8 k8 V1 U9 K9 i, X
    + M7 U( y5 R' c0 j, q- q7 p' n1 Y6 U5 Z: v' q% G
    下面两篇报道的都是这个项目: `+ @0 E% Q; B8 E/ Y5 c- [
    % ?3 z& P' r- r1 L$ B( P

    2 ^: t2 }" c: }3 q$ lhttps://www.theguardian.com/envi ... re-renewable-energy
    $ b5 H3 K. R2 `& x9 h- N  V. F' g  Y
    + r& t9 H! A- r# ?+ Hhttps://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
    10 小时前
  • 签到天数: 3204 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。。。0 U1 N  H, e9 S  Y. S0 |
    ' a4 T* }9 V8 C
    刚刚上了一个项目:江苏金坛。
    / V$ U3 F- M7 E+ t8 G4 A5 Ghttp://jsnews.jschina.com.cn/cz/a/202008/t20200819_2613646.shtml, Q) F, c; h( k3 y  j8 T
    / W; y, S$ i1 D( N  y* j
    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
    ' A5 o" @. a1 D: i' |+ x  D3 @风光以后的废弃处理也是个糟心事
    , `$ `, M* I1 Z1 t
    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( Q8 ?4 s" ^# U( i& n
    压缩气体储能。。。
    * P3 i$ Y+ {( \. f, e
    , v! s& ~% G% ]8 _! U刚刚上了一个项目:江苏金坛。
    , _" S% 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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    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 6 R0 _$ K6 A8 a. [: o5 c3 b
    石工 发表于 2021-3-20 06:34
    $ a  w/ ]& ~- S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。
    ) Q! s+ v% f0 H1 C' b
    / M* T3 A# p# o中国北方采煤 ...

    , n: m* C$ l. H8 Y% S3 x8 _, N
    % U5 z6 n& \& N5 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。1 g3 y* m) t- Z1 U" P& D2 x9 \
    7 B8 {* q6 A4 r  C
    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
    ) H, _8 ]) E7 u, n& 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,
    * u' X  c# j0 f# J# p
    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。
    . X0 V- F4 @; N& f! x感觉这是一个永动机式的好办法呀,只要搅合两下就行了。
    + L7 U9 i/ U5 d* h! F1 P) \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 ) J* b8 o2 q: J! G- o
    晨枫 发表于 2021-3-20 21:563 A! s1 x  n, @) Q1 A
    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 ...
    ; @, }; C3 E6 V/ j1 C( C, K+ c& @0 {
    & J) S' W, H( b* S$ H+ Y
    https://gravitricity.com/projects/  x) X, V) o) a& H" J/ F
    5 v+ i8 N4 g* I( O, G, m' w5 l

    , o& {; I+ Y- y+ ], h
    $ ?& I( s3 t$ ~7 K1 a7 t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。  M1 E8 U2 {, H5 a, \8 X
    ) i( H  `8 ~" N* {
    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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