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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 + n2 A. Y: V, u% m: A- s

, k! E0 m  S  a$ x
/ K# ^! g; y. [8 O
3 f' q7 j" g5 b" a9 u9 i9 W  u9 m; N$ F5 I- X" k8 y) F: m# _/ f; s2 [

* _/ v; }) P7 u, M5 o! {2 o( F1 ]/ g0 m
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- S6 I5 t9 M% A. H) R- h

0 [  E3 S* ~0 ~$ L8 a! X4 [' o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。5 d: G: B3 f& H" P7 F+ ^0 l
6 p2 a  o7 T+ q, U' x% w) ]' z* h
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。
# r; ]0 P( m) Z2 z4 j6 O' _2 }
5 L$ ]4 Q: R* M! v  g; Y, e1 s) U, M) i0 v- H4 B* P
% {7 {4 @4 {+ A/ X* Q( {8 C
; O, o! s1 D' n, |- h1 o, c
城市菜园可解决占用耕地和新鲜果蔬问题,但需要电力; v' {5 B1 m+ U8 `% p" N

7 \, f; }2 M, q9 i5 c# L5 @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 Y. O" T+ `' J/ p2 _- `/ Y" |: Z
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。
9 a3 J: S1 ]' a. q' }" C& [
, J! f  g$ C, t% I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 w1 ?9 N2 g: ?$ c1 G
+ M/ h7 S4 ?! K5 w+ k$ U, w0 a; H+ Y# [
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
) E& _3 p+ \! B6 S5 d$ O( z0 q+ w% _( n5 Q$ F
# B% o" c! p- c) b8 b: t& g
废弃的地下坑道适当加固、防漏后,也可以作为地下储水池- u' h7 `$ w/ A! s) e3 l7 T  j
5 E' D; X. X! a5 x* b
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。
/ M% I0 q/ Y+ z& Q* \
* s4 {$ u% s; M" E9 T- Q% w& w7 T0 l/ l
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
$ o% j) H& |7 `% g) X5 R# Z- n& y! Z; R+ F" g4 A/ U- b8 B/ R
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。3 u+ K+ `! V5 N% U' G* r% m0 i

) H0 v/ C. w+ R% k% f5 K! r此外,就需要一点歪门邪道了。
" U- p6 k5 V1 J& b# L* |3 @/ r. ]) ^- p! m. @

/ p) R6 a3 B6 }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# g8 [. g$ Y# Y. ]+ d: c7 Z

+ ?- x* D' w" o8 _0 Y( w8 E7 P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。
$ z4 Q1 r3 N% T6 s( h7 ?% c9 v1 Z2 k& [( ^) h, n+ N
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。
' ]1 H% j) K8 D& M
, Z; Y4 \' O: m& P+ ]3 Y/ T$ f9 ]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 K9 N$ D2 [: {, L2 y

: T2 U  H* G( p* W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。
. p9 M( |7 G5 N5 \: B  B$ Z4 b

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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
    奋斗
    1 小时前
  • 签到天数: 1179 天

    [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
    ) _- X  e# f) i6 g) ^: R% _; C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 ...

    2 |4 B. m) ]$ 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。8 i) V. N* u$ u4 W1 f* U, r* M1 _

    5 i+ d9 ?$ Z2 M* l$ j% t- k  Z% R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
    - w- A  u% K9 u  h- g答案现成的, 电车。
      I! h/ m# L2 Q, 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
    奋斗
    1 小时前
  • 签到天数: 1179 天

    [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   U2 G8 i. L; O9 V% q
    晨枫 发表于 2021-3-20 10:15* j: P4 F, x! W5 c- |+ O5 [& @
    氢能在制氢、储氢、运输等关键问题解决之前,无法成为主流。$ t  x+ C9 Y2 m' v# G8 T

    ! P2 d  s  K% P! Y, e由于耕地和能量密度的关系,生物能也难以成 ...
    ; W+ x: r2 ]. z! i* V% x$ L

    / s5 i9 U; _: N( c- z- t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
    0 k: [' L/ c1 l) S- \不行。电车正好是反循环的,充电是在发电低谷。

    + a. f! Y. K9 ?; e5 |3 @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' z  V5 R5 o8 F6 F" D# G& h8 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 ...
    # y, K) q. t5 q1 i7 Z
    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+ D6 J2 G" f1 S
    不是, 其实车绝大多数情况都是静止不动的,都可以充电。
    & c7 B' g; j7 |  B+ H- t. ^
    & r+ H5 t/ u# V# B( g7 l6 n4 x  D$ _
    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 21:458 D+ R# G5 z: ?- r
    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 s" U7 P+ L4 K9 A4 I. `0 i" i: o  O
    5 V. k1 y! k! S0 ]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: ^0 j' g) F% ?6 g9 j. v% S
    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。 ...

    + c6 u2 C1 p1 S
    + u9 i3 K/ W( l! M/ s+ u; Y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
    5 天前
  • 签到天数: 2245 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
    . ?6 P  B" @* W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。 ...
    # ]: j5 d4 r  Y. Z' ~8 B7 l* 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
    : @% M6 m8 m9 Y  j
    " S* P1 r$ L: Z5 |! H/ @& t, x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。
    8 l) i( ]( [& {, n. X- E: k  [% G2 F# Y* d7 Y
    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)- m- b7 l- B* ~6 q1 }

    1 E, H# |7 k3 I+ P6 E; A* }主要参数:: ~1 O, S  z. W5 R/ ^' V
    供能指标:10兆瓦  D  f1 v- h( U( g
    秤砣 500吨,总重12000吨(24个)/ K  A0 i# q- ?  A' j
    井深 800米
    , V  Y$ K# C! j$ Y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
    ( U, t- }/ i3 b+ z4 C* j$ T- D0 z  a使用年限:50年
    7 d8 d  F! p' {& Z7 I8 f- g  b' P6 o/ ~
    我按瓦特的定义算了一下,g直接用了10
    / R: n7 h: R4 d: D  @# b3 I12,000,000*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。* o, o( j2 y; P

    . q6 S" U/ ^% h; f: e% q# M# C# l/ D5 }2 y- b8 i+ u2 U
    下面两篇报道的都是这个项目
    * n" `# r4 w9 @6 ?5 d+ Z& z
    ) A- h: J8 h7 X+ P) V' e/ _8 R( R% d" m5 Z- r% _9 S
    https://www.theguardian.com/envi ... re-renewable-energy
    0 B6 k% Z. |3 i( V+ U& g$ ~3 L, H; W" Q9 \2 k( I
    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
    13 小时前
  • 签到天数: 3251 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。。。& Y7 }( u. K& Z/ M$ z5 R+ I# C8 Y
    * v9 S9 l' C: B& {; |& u3 @
    刚刚上了一个项目:江苏金坛。
    " W$ {4 T* c' E$ _$ W2 lhttp://jsnews.jschina.com.cn/cz/a/202008/t20200819_2613646.shtml
    , q% T) j9 n/ p$ x" I6 f5 e
    7 n6 `9 ^5 r0 p) t: |1 v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' q" [) B7 W9 Z- S/ x. Q; G
    风光以后的废弃处理也是个糟心事

    $ j3 w! J& W' [( u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
    * k9 M5 E% k. {压缩气体储能。。。
    # `7 r( ~2 R' Q- j6 ]* s0 o" b1 C8 m" P
    刚刚上了一个项目:江苏金坛。
    0 \" T9 o% s0 q  m8 V) Y3 n1 r$ j
    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
    5 p" I4 Y; x* z4 K' D+ w
    石工 发表于 2021-3-20 06:34
    , R2 {" d+ u$ g- B. u3 l/ w+ n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。
    + r3 P) g0 _# T" A$ d) q; R6 b9 }# K) B: T; S4 B
    中国北方采煤 ...

    & c+ y, q) Z$ o7 T8 u
    2 x) A& R4 F# y3 z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( A* y# N' z) {' @, {; N; i

    . O+ z2 d2 D, j( E# N. g/ a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 ' P7 _1 ~# v9 U: c4 y' e; Q
    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,
    " R% a7 K9 P8 @, @$ J
    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。- ^1 P# \: A* U) y+ t
    感觉这是一个永动机式的好办法呀,只要搅合两下就行了。
    7 X/ {, E# ^' J3 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。

    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
    + g# v* n; I" x( ~1 u# r" d
    晨枫 发表于 2021-3-20 21:56
    - N8 r7 _! G9 }& `1 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 ...
    & n$ H* `  O+ d$ @. R% v2 \4 p# F

    8 S; p4 Y" H' l0 Uhttps://gravitricity.com/projects/0 J0 I8 H' q$ [- W1 U7 s
    & [: B; w, j' J+ ?" M
    , B: |( I: h4 Y

    ! Z) b. `$ E4 e- R: E6 a5 ~) k/ u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。# v2 j3 N) w9 X7 K3 h

    5 {& g, `% }. a' T0 L) G* k$ m6 u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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